Аналого-цифровой спектроанализатор

 

О П И С А Н И Е (1!) 5553%

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалмстицесиих

Ресяубпик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.01.75 (21) 2097113/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.04.77. Бюллетень № 15 (45) Дата опубликования описания .22.12.77 (51) M. Кл. 6 01я гЗ/О0 йсудерствеиеей «ватет

Совета Ми«и«трав СССР оо дееаи «зебретеиие и вт«рытвй (53) УДК 621.317.76 (088.8} (72) Авторы изобретения

А. В. Крыжановский, С. М. Широков и Б. Я. Лихтциндер

Куйбышевский политехнический ниститут им. В. В. Куйбышева (71} Заявитель (54} АНАЛОГΠ— ЦИФРОВОЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено дпя спектралт ного анализа периодических и непериодических процессов, таких как речевые сигналы, вибрации, производственные шумы и др.

Известен гармонический анализатор спектра сигналов, в состав которого входят фильтры, настроенные на частоты, кратные значению частоты основной гармоники исследуемого сигнала (1).

Неработоспособность в условиях случайных флуктуаций частоты основной гармоники исследуемого сигнала, сложность аппаратуры и невозможность реализации на интегральных элеькнтах являются недостатками так ого устройства.

Известен спектроанали затор, основанный на реализации преобразования Фурье исследуемого сигнала средствами аналоговой техники |2j.

Трудности аппаратурной реализации преобразования Фурье и аналоговая форма .представления выходной информации являнл ся недостатками устройства, Известны также устройства, предназначенные для определения спектральных коэффициентов по систе ьа ортогональных функций Уолша, принимающих значения À1 (33.

В них входной сигнал преобразуется в унитарный код, которьщ затем подается на реверсивный счетчик, направление счета которого задается сигналаья генератора функций Уолша. В конце периода

5 анализируемого сигнала в счетчике будет сфорьжрован код определенного коэффициента Уолпв.

Недостатком устройства является необходимость дополнительного преобразования спектра

Уолша в гармонический спектр, поскольку в боль10 шинстве случаев интерпретация спектра Уолли затруднена и необходимо знание гармонического спектра.

Цель предложения — расширение функциональных возможностей устройства и устранение недо1а статков.

Это достигается тем, что аналого-цифровой спек троанализатор, содержащий управляемый ключ, один вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а второй — с выходомсравни20 вающего устройства, у которого один вход соединен с источником исследуемого сигнала, а второйгенератором пилообразного напряжения, снабжен р идентичными каналами, каждый из которых содержит первый двоичный счетчик, соединенный с логика ческой комбинационной схемой, выходы которой

555350 соединены через логические элементы И с последовательно включенными полусумматором и вторым счетчиком, а вторые входы элементов И соединены с третьим счетчиком. Причем, объединенные входы третьих счетчиков всех каналов поданы на выход управляемого ключа, а объединенные входы пер-вых счетчиков — на выход блока синхронизации и на синхронизирующий вход генератора пилообразного напряжения, а вход блока синхронизации соединен с источником исследуемого сигнала.

Ъ фиг. 1 дана блок-схема анализатора для определения спектральных коэффициентов; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства, где а -- график временных выборок исследуемого сигнала, б — график последовательности импульсов с выхода блока синхронизации, в — график кодов отсчетов синусоиды, г — график кодов спектральных коэффициентов ак.

Устройство содержит P идентичные каналы, каждый из которых состоит из двоичного счетчика 1, соединенного с логической комбинационной схемой 2. Выходы схемы 2 соединены через weментый 3 с последовательно включенными полусумматором4 и счетчиком 5 импульсов. Вторые входы элементов 3 соединены с выходами счетчика 6. Объединенные входы счетчиков 1 всех каналов подключены к выходу блока 7 синхронизации, а объединенные входы счетчиков 6 — к выходу ключа 8. Один вход этого ключа соединен с выходом генератора тактовых импульсов 9, а второй — с выходом сравнивающего устройства 10, один вход которого соединен с источником анализируемого сигнала ll и со входом блока7, а второй — с выходом генератора 12 пилообразного напряжения.

Сиихрониэирующий вход генератора 12 соединен с выходом блока синхронизации 7.

Устройство работает следующим образом. (см.фиг. 2) .

Анализируемый .сигнал S(t) преобразуется в последовательность временных интервалов путем сравнения его с пилообразным напряжением, поступающим с генератора 12. Эти интервалы заполняются импульсами генератора 9 (фиг. 2а). В момент равенства исследуемого сигнала и пилообразного напряжения сравнивающее устройство 10 выдает сигнал, запирающий ключ 8, и тем самым прекращается поступление импульсов генератора 9.

Генератор пилообразного напряжения 12, работающий в .ждущем режиме, запускается импульсами блока синхронизации 7 (фиг. 2 б) . Эти же синхроиьятульсы приводят в действие счетчик 1, код которого задает номер отсчета синусоиды. Этот код поступает нв вход схемы 2, на выходе которой формируются коды отсчетов синусоиды в последовательные моменты времени 81пКсатп (к - номер канала спектроанализатора), (см.фиг. 2 в) . Частота импульсов синхронизации .в 2п раз (m — число разрядов счетчика 1) превышает частоту основной гармоники исследуе мого сигнала.

Полученные выборки исследуемого сигнала

$(т„), представленные в виде числа импульсов, поступают на вход счетчика 6, который совместно с элементами И 3 и полусумматором 4 образуют цифроуправляемый генератор функций Уолша.

Пусть за время т„на вход счетчика 6 поступает

S(t„) импульсов, а на выход полусумматора 4 выдается N(tn) импульсов. Тогда за время t Ò, соответствующее одному циклу заполнения счет<0 чика 6, на выходе появляется Р1(Т)= импульсов, где i — нормированная частота импульсов следования гене рируе мой функции caP. (gt) . Функций

Уолша формируются на алгоритму где (8 8з... Bg j — двоичный код нормированного времени,g = - + в счетчике 6; (р д ... ) — код Грея номера и на выходе логической схемы 2;

e — знак сложения по модулю 2.

Известно, что нормированная частота следования i сформированной таким образом функции

Уол ша са1 (v t) совпадает с ее номером v, то есть

v=i. Поскольку входные импульсы поступают равномерно, за любое другое время tn, отличное от Т, на выходе генератора функций Уолша появится число и мпульсов

25

Зная, что S(T) =2, где — число разрядов

8 счетчика 6 получаем

Mtk1т)= — ð. э(4 ) У

Поскольку и=31п Кыт, то

K=3 2.. р

Формула изобретения

Аналого — цифровой спектроанализатор, содер60 жащии управляемый ключ, один вход которого

45 °

Эти произведения, представленные в виде числаимпульсов, суммируются счетчиками 5, в которых после 2пэ периодов пилообразного напряжения будут сформированы коды спектральных козффи50 циентов ак. Вычисление коэффициентов реализуется в соответствии со следующим выражением

4 ги-1 а„=,, 5(t„) 5 гг Коэи„

2 и Q (4) 555350 соединен с генератором тактовых импульсов, а второй — с выходом сравнивающего устройства, у которого один вход соединен с источником иссле дуемого сигнала, а второй — с генератором пилообразного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен р идентичными каналами, каждый из которых содержит первый двоичный счетчик, соединенный .с логическим комбинационным элементом, выходы которого соединены через логические элементы И с последовательно включенными полусумматором и вторым .счетчиком, а вторые входы элементов И соединены с третьим счетчиком, причем, объединенные входы третьих счетчиков всех каналов соединены с выходом управляемого

\ ключа, а объединенные входы первых счетчиков - с выходом блока синхронизации и с сннхронизирук щим входом генератора пилообразного напряяания, а вход блока синхронизации соединен с источником исследуемого сигнала.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе!

1. Котюк А.Ф. и др. Методы и аппаратура для анализа характеристик случайных:процессов, "Энергия, М., 1967 ..

2. Мирский Г.Н. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, Энергия, М., 1972, с.261, 3. Авторское свидетельство СССР No 432547

M Кл G 01 Я 23/00, 20.05.73.

Составитель К. Шитиков

Техред О.Луговая Корректор А. Власенко

Редактор Н. Разумова

Заказ 950/67

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород. ул. Проектная, 4

Рираж 1101 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Сове ге Минисгров СССР

В по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж-35, Раушскан наб.. д. 4. 5