Способ определения параметров избыточного шума

 

ИЗОБРЕТЕНИЕ МОЖЕТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ИЗБЫТОЧНОГО ШУМА ИЗДЕЛИЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ И МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ ПРИ КОНТРОЛЕ ИХ КАЧЕСТВА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОТКАЗОВ. ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - ПОВЫШЕНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ И ИНФОРМАТИВНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ДОСТИГАЕТСЯ ЗА СЧЕТ ИСКЛЮЧЕНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ИЗБЫТОЧНОГО ШУМА В НИЗКОЧАСТОТНОЙ ЧАСТИ ДИАПАЗОНА ИЗМЕРЕНИЙ, А ТАКЖЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНОГО ИНДЕКСА. ИЗБЫТОЧНЫЙ ШУМ УСИЛИВАЮТ, ФИЛЬТРУЮТ, ДЕТЕКТИРУЮТ И УСРЕДНЯЮТ, ПРИ ЭТОМ ИЗМЕРЯЮТ МОЩНОСТИ ИЗБЫТОЧНОГО ШУМА НА ТРЕХ ЧАСТОТАХ, ВЫЧИСЛЯЮТ ЗНАЧЕНИЯ ЧАСТОТНОГО ИНДЕКСА *98Г, КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПОРЦИОНАЛЬНОСТИ В И СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ МОЩНОСТИ ШУМА S, СРАВНИВАЮТ ВЫЧИСЛЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ МОЩНОСТИ ШУМА С ЕЕ ИЗМЕРЕННЫМ ЗНАЧЕНИЕМ. ЕСЛИ ОНИ НЕ РАВНЫ, ТО ИЗМЕРЯЮТ МОЩНОСТЬ ШУМА НА НОВЫХ ЧАСТОТАХ, ПОВТОРЯЮТ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЧАСТОТНОГО ИНДЕКСА, КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПОРЦИОНАЛЬНОСТИ И СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ МОЩНОСТИ ШУМА И СРАВНЕНИЯ ВЫЧИСЛЕННОГО ЗНАЧЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ МОЩНОСТИ ШУМА С ЕЕ ИЗМЕРЕННЫМ ЗНАЧЕНИЕМ ДО ТЕХ ПОР, ПОКА ВЫЧИСЛЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ НЕ БУДЕТ РАВНО ИЗМЕРЕННОМУ ЗНАЧЕНИЮ. ТОГДА ОПРЕДЕЛЯЮТ СПЕКТРАЛЬНУЮ ПЛОТНОСТЬ МОЩНОСТИ ШУМА НА ЛЮБОЙ ЧАСТОТЕ F СПЕКТРА ИЗБЫТОЧНОГО ШУМА ПО ФОРМУЛЕ S=B/F @ , ГДЕ *98Г=LN P<SB POS="POST">N</SB>/ΔF<SB POS="POST">N</SB> - LN P<SB POS="POST">N+2</SB>/ΔF<SB POS="POST">N+2</SB>

B=P<SB POS="POST">N</SB>/ΔF<SB POS="POST">N</SB> F @

P<SB POS="POST">N</SB>, P<SB POS="POST">N+2</SB> - мощности избыточного шума, измеренные соответственно в полосах ΔF<SB POS="POST">N</SB>, ΔF<SB POS="POST">N+2</SB>, а частоты измерения F<SB POS="POST">N</SB> выбирают из условия F<SB POS="POST">N</SB>=K<SP POS="POST">-N</SP>F<SB POS="POST">R</SB> /п=0,1,2...../, где K*981, а F<SB POS="POST">R</SB> - верхняя граничная частота в полосах ΔF<SB POS="POST">N</SB>=AF<SB POS="POST">N</SB> /A*981/. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СО1.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 G 01 R 29/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4194697/24-21 (22) 13.02.87 (46) 23.05.89. Бюл. ¹ 19 (71) Севоро-Западный заочный*политехнический институт (72) А.Л. Андреев, А.Б. Варламова, В.Н. Воронцов, Т.Г. Гориловская и А.А. Парфенов (53) 621.317.75(088.8) (56)"Marbin I.Ñ. Naten-Perez P.Х.Serra-Mestres P. Mesures du bruit de

jond des сгапзхз огs plans dux tres

basses freguences. — Electronic

Lett, 1966, № 9,. V ° 2, рр.343-345.

Тетерич Н.M. Генератор шума и измерение шумовых характеристик. М.:

Энергия, 1968, с. 182, рис. 4-22. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ИЗБЫТОЧНОГО ШУМА (57) Изобретение может быть использовано для определения параметров избыточного шума изделий электронной техники и микроэлектроники при контроле их качества и прогнозировании отказов. Цель изобретения — повыше-. ние быстродействия и информативности измерений — достигается за счет исключения дополнительных операций измерения спектральной мощности избыточного шума в низкочастотной части диапазона измерений, а также определения частотного индекса. Избыточный

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров избыточшум усиливают, фильтруют, петектируют и усредняют, при этом измеряют мощности избыточного шума на трех частотах, вычисляют значения частотного индекса у, коэффициента пропорциональности В и спектральной плотности мощности шума S, сравнивают вычисленное значение спектральной плотности мощности шума с ее измеренным значением. Если они не равны, то измеряют мощность шума на новых частотах, повторяют вычисления частотного индекса, коэффициента пропорциональности и спектральной плотности мощности шума и сравнения вычисленного значения спектральной плотности мощности шума с ее измеренным значением до тех пор, пока вычисленное значение не будет равно измеренному значению, Тогда определяют спектральную плотность мощности шума на любой частоте

f спектра избыточного шума по формуле

lп Ри / .А й„— 1пР„„/ Ь fez

lп fÄ, — ln

В = " f„ ; Р„ и Р„, — мощности из быточного шума, измеренные соответственно в полосах hf, Ь1„,, а частоты измерения Й„выбирают из условия

f„ = k f„ (n = 0,1,2...), где К > 1, а Й вЂ” верхняя граничная частота в полосах АЕ „= Af д (А ) 1) . 1 нл. ного шума изделий электронной техники и микроэлектроники при контроле их качества и прогнозирования отказов

1481694

Цель изобретения — повышение быстродейстния за счет исключения дополнительных операций измере спектральной плотности мощности избыточног 5

ro шума в низкочастотной части диапазона измерений, а также повышение информативности измерений за счет определения частотного индекса избыточного шума. 10

На чертеже представлена функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит исследуемый. прибор 1, выход которого через усили- 15 тель 2 соединен со всеми N+1 входами фильтрующих элементов блока 3 фильт- . ров, И+1 выходов которого соединены с N+1 входами коммутатора 4, выход которого соединен с входом квадратичного детектора 5, выход которого соединен с первым нходом перестраинаемого интегратора 6, а выход перестраиваемого интегратора 6 соединен с первым входом аналого-цифрового преоб- 25 разонателя 7, выход которого посредством шины данных соединен с первыми входами дешифратора 8. Блок 9 постоянной памяти, блок 10 оперативной памяти, дешифратор 11 состояний процессора, центральный процессор 12 и дешиф ратор 13 внешних устройств образуют микропроцессорный блок 14, который через шину данных соединен с блоком

15 клавиатуры, индикатором 16, аналого-цифровым преобразователем 7 и дешифратором 8, выход которого шиной данных соединен с И+1 входами коммутатора 4 и вторым входом перестраиваемого интегратора 6.

Сущность способа состоит в том, что измеряют мощности избыточного шума на частотах f f г., являющихся членами последовательности вида

1 (1) 45 где K — показатель последовательности (K >1);

n - -показатель степени членов ряда (n = 0,1,2,...i...N);

f „ †. верхняя граничная частота спектра избыточного шума, соответственно в полосах д о = А4в

Af< = Af(55 дК = AfÄ (2) где А — коэффициент пропорциональности (А (1) ° где Р ; P — мощности избыточного l шума, измеренные соответственно в полосах о;

f — центральные частоты полос из ряда (1) при и соответственно равном

Ои2.

Определяют величину коэффициента пропорциональности закона изменения спектральной плотности мощности шума по формуле (4) B о где — частотный индекс, вычисленный по формуле (3), вычисляют значение спектральной плотности мощности шума на частоте f, по формуле

В вы Г

< где  — коэффициент пропорциональности закона изменения спектральной плотности мощности шума, вычисленный по формуле (4) .

Сравнивают вычисленное значение спектральной плотности на частоте со значением, измеренным в полосе A f<, Если

Ф P(4еыц df< (5) измеряют мощность избыточного шума на центральной частоте f; (при д=3) д ез определяют значение частотного индекса 1 по формуле

1n = — 1n

Pi-2 Р

1 Ы Ьf (6)

1n f, — ln й, . где P,,P — мощности избыточного шума, измеренные соответственно в полосах д f.;

A f" с центральными частотами f f; (при n = з.-2, i; л.=3) .

Определяют значение коэффициента пропорциональности закона изменения спектральной плотности мощности шума по формуле

Определяют значение частотного индекса по формуле

lп — — lп

Ро Р (3)

1rif — 1n f

Т о

1481694 (7) где где Р— мощность шума, измеренная на чатоте f:; q с полосой

gf„, (при i = 3); частотный индекс, вычисленный но формуле (6).

Определяют значение спектральной плотности мощности шума на частоте

f;, по формуле (при i = 3)

6ЫЧ (8)

1-1 где В „ — коэффициент пропорциональности закона изменения спектральной плотности мощности шума, вычисленный по формуле (7); ; — частотный индекс, вычисленный по формуле (6).

Сравнивают вычисленное значение спектральной плотности на частоте со значением, измеренным в полосе ЬГ;,, если S;, ф ! 8ЫЧ то проводят операции измерения мощности шума в полосе частот А f; t c центральной частотой f +,, определяют значение частотного индекса и коэффициента пропорциональности закона, вычисляют значение спектральной плотности на частоте f; по формулам (6)(8) до тех пор, пока

S Р!-1 -1 ЬЫЧ тогда определяют спектральную плотность мощности шума на любой частоте в интервале .частот Π— f; по формуле (8).

Устройство для реализации предлагаемого способа работает следующим образом.

В исходном состоянии по сигналу с дешифратора 8 коммутатор 4 подключает фильтрующий элемент P блока 3 фильтров к входу квадратичного детектора 5, а постоянная интегрирования перестраиваемого интегратора 6 соответствует полосе пропускания фильтрующего элемента Фг, для обеспечения требуемой точности шумового отсчета..

Шумовой сигнал, поступающий с исследуемого прибора 1, усиливается силителегч 2, фильтруется фильтруюшим элегц нтсм,:г 1 и1:: .с1; tз -емк. центральнс и частотой f, и почсссй Af

Путем квадрирсвания квадратичным

5 детектором 5 и интегрирования перестраиваемым интегратором 6 с постоян— ной времени определяется сцепка

0 мощности шумсвогс сигггала, прошедшего через фильтрующггй элемент ф, .

Оценка мощпостп шумового сигнала преосразуется блоком в цифровой сигнал и вводится центральным процессором

12 в блок 1О.

Время оценки шумового сигнала оп15 ределяется выражением

2 hf с- где ь — время сценки шумового сигл

О нала для достижения определенной точности о ь . — требуемая точность шумового отсчета;

Ьf — эффективная полоса фильтру25 ющего элемента Р

В результате работы подпрограммы коммутации фильтров и перестройки постоянной интегрирования через дешифратор 8 из микропроцессорного блока 14 на коммутатор 4 и на перестраиваемый интегратор 6 поступает сигнал для подключения фильтрующего элемента Р, блока 3 фильтров и выбора постоянной интегрирования ñ, для обеспечения такой же точности шумового отсчета ь ., как и в первом цикле измерений. Фильтрующий элемент характеризуется центральной частотой f. u 1 полосой ЬЕ,. В результате работы подпрограммы ввода и преобразования отсчетов вычисляется второй отсчет спектральной плотности мощности шумолого процесса. Время изменения во втором цикле определяется выражением

45 л

2 hf,< где 6 f, — эффективная шумовая полоса фильтрующего элемен50 та ф,.

В результате работы подпрограммы коммутации, ввода и преобразования оценивается мощность шума па частоте

f в полосе 5f . Время измерения также определяется шумовой полосой фильтрующего элемента Р

Затем осуществляется подпрограмма аппроксимации формы кривой спектральной плотности анализируемого про1481694 цесса, для чего по значениям спектральной плотности моыности шума S и S на частотах Е, Г вычисляется

О9 значение частотного индекса и коэффиц1 ента пропорциональности В, по

5 которым вычисляется значение спектральной плотности мощности шума S ы„ на частоте f и сравниваются с оценкой спектральной плотности мощности шума S полученной во втором цикле

9 измерений. Неравенство этих двух величин означает,, что частоты, на которых производились измерения, лежат в области, где избыточный шум не является. преобладающим над другими видами шумов и закон изменения спектральной. плотности мощности не. соответствует

В виду S =- — . В случае неравенства

S u Si производится новый цикл ыч измерения на частоте f > с полосой . 1 и снова осуществляется подпрограмма аппроксимации. Подпрограммы коммутации, ввода, ripe. образования и аппроксимации выполняются до тех пор, пока вычисленное значение спектральной плотности мощности шума на частоте f, не будет равно оценке спектральной плотности мощности шума на этой же частоте. Это означает,что спектральная плотность может быть аппроксимирована выражением вида S =

 — — и избыточный шум определяет заfh

1 35 кон ее изменения. Следовательно, частотный индекс и коэффициент пропорциональности вычислены верно и с их помощью можно определить значение ,спектральной плотности мощности на 40 частотах в диапазоне от 0 Гц до ;, на которой происходит совпадение из-. меренной и вычисленной спектральной плотности.

Результаты оценки спектральной плотности исследуемого процесса и значение частотного индекса и коэффициента пропорциональности выводится на индикатор 16 после принятия решения о справедливости используемой аппроксимации. Исходные данные для аппроксимации: полосы фильтрующих элементов, их центральные частоты, значения постоянных интегрирования и частота, на которой необходимо вычислить спектральную ппотность шумового процесса, вводятся перед началом работы с блока 15 клавиатуры.

Работа микропроцессорного блока

14 основана на подпрограммах ввода и преобразования входных отсчетов, оценки формы кривой спектральной плотности и ввода-вывода внешних устройств, Для обеспечения ввода-вывода информации к внешним устройствам подводятся сигналы синхронизации, которые обеспечивают соответствие между достоверной информацией, находящейся в данный момент на шине данных, и источником или приемником информации.

Источник или приемник информации определяется кодом внешнего устройства, задаваемого программно, а дешифратор

13 внешних устройств обеспечивает преобразование программного кода внешнего устройства в аппаратный.

Рабочие подпрограммы хранятся в блоке

9, а блок 10 необходим для хранения промежуточных результатов.

Формула изобретения

Способ определения параметров избыточного шума, заключающийся в усилении, фильтрации, детектировании и усреднении шумового сигнала, о т— .л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и информативности измерений, измеряют мощности избыточного шума на трех частотах, вычисляют значение частотного индекса f, коэффициента пропорциональности В и спектральной плотности мощности шума, сравнивают вычисленное значение спектральной плотности мощности шума с ее измеренным значением, повторяя эти операции до тех пор, пока вычисленное значение спектральной плотности мощности шума не будет равно ее измеренному значению, тогда определяют спектральную плотность. мощности шума на любой частоте f спектра избыточного шума по формуле

В

S = — у-, 1

1n — — 1п

Р99 Рп+2 " 1 = у„ fn+z.

1п fA+z 1I1 f n

P,Р„ — мощности избыточного шума, +2. измеренные соответственно полосах М „9 Ь „+, В = — ° f

Р Х.

П9

1 и К" Е-" и п = 0,1,2..., 5 где К > 1 — показатель последовательности; уль па дикагиор

Составитель Н. михалев

Техред М.Дидык Корректор А.Обручар

Редактор А. Козориз

Тираж 714

Заказ 2683/46

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГЕНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина, 101

9 1481694 а частоты измерения Г„ выбираются из условия

f — верхняя граничная частота спектра избыточного шума соответственно в полосах

Ьfn Afn

А 1 — коэффициент пропорциональности.