Анализатор частотных характеристик

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик >714304 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 210377 (21) 2462156/18-21

2 с присоединением заявки Мо

G 01 и 23/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 050280. Бюллетень Мо 5

Дата опубликования описания 0502.80 (53) УДХ 621.317.. . 757 (088. 8) (72) Авторы ,изобретения

Л.A Èâàíîü и A B.Ñåðãååâ (71) Заявитель

Специальное конструкторское бюро систем промышленной автоматики (54) АНАЛИЗАТОР WACTOTHbIX ХАРАКТЕРИС1 ИК

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно, к анализаторам частотньзс характеристик сильно инерционнык промышлен ных объектов и систем автоматического регулирования, подверженных воздействию случайных возмущений.

Известны анализаторы, содержащие измерительный блок, блоки управления, 1О сравнения и регистры (1(.

Недостатком их является то, что они не обеспечивают автоматического выбора числа периодов усреднения, оптимального с точки зрения продол.жительности измерений °

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является анализатор, содержащий блок измере ния амплитуды и фазы сигнала, блоки усреднения, управления и регистрации (2) .

Недостатком данного устройства является большая продолжительность времени измерения параметров сигнала.

Цель изобретения — сокращение времени измерения.

Указанная цель достигается тем, что в анализатор частотных характеристик, содержащий последовательно соединенные измерительный блок и блок усреднения, блок управления, входы которого связ аны соответственно с пусковым реле, с входом анализатора через формирователь, вход которого соединен с входом измерительного блока, а также с первым выходом блока усреднения и с выходом переключателя, вход которого подключен к первому входу первого выходного устройства, второе, третье и четвертое выходные устройства, дополнительно введены два запоминающих регистра, блок сравнения, числовой задатчик и регистр сдвига, информационные выходы которого подключены к соответствующим входам блока усреднения, а два других выхода подключены соответственно к входам второго и третьего выходного устройства, вход последнего из которых подключен также к одному иэ входов блока управления, один выход которого подключен к объединенйым установочным. входам блока усреднения, и регистра сдвига, а другой выход соединен со вторым установочным входом регистра сдвига и однов714304 ременно с первыми входами обоих запоминающих регистров, второй вход одного из которых подключен к второму выходу блока усреднения, а выход соединен со вторым: входом второго запоминающего Регистра, с вторым входом первого выходного устройства и . c первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго запоминающего регистра, а третий вход соединен со входом четвертого выходного устройства и с выходом числового задатчика, входы которого соединены с соответствующими информационными выходами регистра сдвига, при этом выход блока сравне. ния соединен с первым входом первого выходного устройства."

Иа чертеже представлена структур:ная схема анализатора.

Анализатор содержит формирователь Щ

1, измерительный блок 2, блок 3 усреднения, запоминающие регистры 4, 5, блок б сравнения, числовой задатчик

7„ выходные устройства 8-11, пусковое Реле 12, блок 13 управления, регистр 14 сдвига, переключатель 15.

Работает анализатор следующим об- разом. Каждый цикл измерения" начина ется после нажатия оператором пускового реле 12. При этом блок 13 управления своим выходным сигналом очищает блок 3 усреднения и устанавливает регистр 14 сдвига в исходное состоянйе. В последующий момент, например, в момент перехода .входного сигнала ..через его среднее за период колебаний значение, формирователь 1 вы -дает импульс на блок 13 управления, который разрешает блоку 3 усреднения прием информации с измерительного блока 2. 40

В течейие первого периода колебаний входного сигнала блок 2 "измеряет соответствующее этому периоду значение параметра колебаний и в конце

sroro или в начале следующего перио да колебаний гередает это значение в блок 3 усреднения, который формирует на своем выходе цифровой сигнал, соответствующий значению параметра колебаний эа первый период. После . окончания формирования укаэанного значения сигнала на втором выходе блока 3 усреднения вырабатывается сигнал, который, поступая на вход блфа 13 управления, вызывает на его выходе появление импульса,, раз-решающего запись в запоминающий регистр 4 числового значения параметра колебаний, измеренного эа первый период колебаний, и сдвигает единицу во второй разряд регистра 14 60 сдвига.

Аналогично описанному выае после окончания измерения значения параметра колебаний за второй "период колебаний выходной сигнал блока 3 5 усреднения в некоторый момент време. ни будет иметь значение, отображающее среднее арифметическое из двух значений параметра колебаний, одно из которых соответствует первому, а второе — второму периоду колебаний, при этом возникает очередной сигнал на втором выходе блока 3 усреднения, появление которого приводит к записи в запоминающий регистр

5, предшествующего (по времени) содержимого запоминающего регистра 4, т,е. значения периода колебаний, измеренного за первый период колебаний, а в запоминающий регистр 4 укаэанного среднего арифметического значения параметра колебаний за первый и второй периоды колебаний, т.е ° значение параметра колебаний, усредненное по закону среднего арифмети- ческого за первые два периода колебаний)„ HHH H o eH a регистре 14 сдвига перемешается в третий разряд.

Примерно через период в регист-рах 5 и 4 окажутся записанными значения параметра колебаний, усредненные по закону среднего арифметического за первые два и за первые три периода колебаний соответственно. Таким образом, если считать, что значение параметра колебаний, измеренное эа первый период колебаний, также является усредненным за один перид колебаний, то, в общем случае, ймеем что, пока число периодов колебаний N не превышает числа М, где

М вЂ” максимальный номер разрешающего входа блока 3 усреднения, в регистрах 4 и 5 записаны значения параметра колебаний, усредненные за N u

N-1 периодов колебаний соответственно.

В условиях шума, наложенного на входной сигнал, результаты измерения блоком 2 измерения параметра кодебаний за разные периоды, колебаний могут отличаться от истинНого значения параметра и друг от друга, причем тем сильнее, чем интенсивнее шум. Однако, в Ряде случаев по мере увеличения числа периодов усреднения абсолютная величина разности последнего и предыдущего усредненных значений монотонно уменьшается, а сами усредненные значения приближаются к истинному значению измеряемого параметра колебаний (по такому же закону), так что указанная абсолютная величина разности может служить мерой достоверности или точности измерения. Ьлок б сравнения ñðàâнивает между собой числа Д и Д, которые являются усредненнйми значениями параметра колебаний эа ))-1

N периодов колебаний соответственно, и формирует выходной логический сигнал тогда, когда разность этих

714304 значений по абсолютной величине станет меньше некоторого числа Д -, выдаваемого на один из входов блока 6 сравнения числовым задатчиком 7. Допустим, что переключатель 15 разомкнут. Если число Д© выбрано больше возможного значения измеряемого параметра (например, установкой оператором переключателя. числового задатчика 7 в соответствующее положение), то выходной сигнал блока 6 сравнения разрешает индикацию выходным устройством 8 любого числа, записанного в регистре 4. Все время, По-, ка NÉ N, выходной сигнал выходного устройства 8 -(например, показания цифрового отсчетного устройства) отображает значение параметра колебаний, усредненное за возрастающее чиоло N периодов колЕбаний.

Пусть число До выбрано относительно небольшим, напримет таким, что оно соответствует одному проценту от верхнего предела измерения параметра колебаний. При этом, в зависимости от интенсивности и характера шума во входном сигнале, блок 6 сравнения либо сработает при некотором

N и даст разрешение на выдачу результата измерения выходному устройству

8, при этом цикл измерения, по су« ществу, закончен, либо, если число периодов колебаний окажется недостаточным для того, чтобы абсолютная величина разности значений измеряемого параметра колебаний, усредненного эа N u N-1 периодов колебаний, стала меньше числа До не сработает и анализатор в этом случае не выдаст результата. При Nfl на выходе 1-ro разряда регистра 14 сдвига возникает единичный уровень, который увеличивает выходное число числового эадатчика 7, например, в два раза, и блок

6 сравнения сравнивает абсолютную величину разности значений измеряе- мого параметра колебаний, усреднен- ных за И 1 периодов колебаний, с увеличенным выходным числом числового задатчика 7. Если при этом блок

6 сравнения срабатывает, то на выходе выходного устройства 8 появляется результат измерения и цикл измерения, по существу, закончен. Если же и в этом случае блок 6 сравнения не сработает, то, аналогично описанному выше, с помощью регистра 14 сдвига в следующем периоде колебаний производится дальнейшее увеличение выходного числа числового задатчика 7.

Если при этом блок 6 сравнения срабатывает, то на выходе выходного устройства 8 появляется результат измерения и цикл измерения, по сущест- ву, закончен. Если же и в этом случае блок 6 сравнения не сработает, то с помощью регистра 14 сдвига в следующем периоде колебаний производится дальнейшее увеличение выходноro числа числового задатчика 7. Указанный процесс продолжается либо до срабатывания блока сравнения 6 и соответственно, окончания цикла измерения, либо до возникновения единичного уровня в последнем разряде регистра 14 сдвига, который блокирует дальнейшее пропускание блока

13 управления на его выход выходных импульсов формирователя 1 и останавливает этим цикл измерения, а также с помощью в,ыходного устройства 9 сигнализирует о несоответствии статистических характеристик шума (или самого исследуемого объекта) возможностям анализатора, или о возможной .неисправности, или о неправильной установке режима работы анализатора.

Если переключатель 15 замкнут, то выходной сигнал блока 6 сравнения одновременно с разрешением выдачи

20 результата измерения выходному устройству 8 блокирует пропускание блоком 13 управления на его выход выходных импульсов формирователя 1 и прекращает этим цикл измерения. ВыЯ ходные устройства анализатора сохраняют свои выходные состояния, например, показания, до нового цикла иэ мерения, который может быть. начат, как указывалось выше, нажатием реле 12.

Выходное устройство 10 индицирует величину выходного числа числового задатчика 7, например, выраженную в процентах от верхнего предела измерения параметра колебаний. Эта информация может быть использована, например, совместно с числом периодов колебаний, совершенных в данном цикле измерения, для оценки статистических свойств шума входного сигнала или самого исследуемого объекта.

Выходное устройство 11 индицирует, например, показания числа,периодов колебаний, совершенных входным сигналом в процессе измерения. Эта информация может быть использована при статистических исследованиях шума входного сигнала или самого исследуемого объекта, а также для текущей оценки исправности анализатора .

Таким образом, предложенный ана лизатор обеспечивает выдачу результата измерения параметра колебаний эа минимальное время, необходимое для удовлетворения заданного критерия достоверности и измерения, при этом освобождает оператора от необходимости постоянно следить за выходными сигналами анализатора и дает ему воэможность оценки соответствия установленных параметров и режимов работы анализатора анализируемому процессу, т.е. обладает еще и повышенным по сравнению с иэвест/

714304

Формула изобретения

ЦНИИПИ Заказ 9278/41 ТиРаж 1019 ПоДписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,4 ными анализаторами удобством в работе.

Анализатор частотных характеристик. содержащий последовательно соединенные измерительный блок и блок усреднения, блок управления, входы которого связаны соответственно с пусковым реле, с входом анализатора через формирователь, вход которого соединен с входом измерительного блока, а также с первым выходом блока усреднения и с выходом переключателя, вход которсго годключен к I первому входу первсго выхсдного устройства, второе, третье и четвертое выходные устройства, о т л и ч а ю— щ и м с я тем, что, с целью сокращения времени измерений, в него дополнительно введены два запоминаю- 2Q щих регистра, блок сравнения, число-, вой задатчик и регистр сдвига, инфррмационные выходы которого подключены к соответствующим входам блока усреднения, а два других выхода под- ЯЯ ключены соответственно к входам второго и третьего выходных устройств, вход последнего иэ которых подключен также к одному из входов блока управления, один выход которого подклю- yg чен к объединенным установочным входам блока усреднения и регистра сдвиг<

ra, а другой выход соединен со вторым установочным входом регистра сдвига и одновременно с первыми входами обоих запоминающих регистров, второй вход одного из которых подключен к второму выходу блока усреднения

ra. выход соединен со вторым входом второго запоминающего регистра, с вторым входом первого выходного устройства и с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к выходу второго запоминающего регистра, а третий вход соединен со входом четвертого выходного устройства и с выходом числового задатчика, входы которого соединены с соответствующими информационными выходами регистра сдвига, при этом выход блока сравнения соединен с первым входом первого выходного устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 93917927, кл. 235/92 TF, опублик. 1975.

2. Пневматический анализатор частотных характернстик для динамическсй оптимизации промышленных САР.

Технический отчет Ленинградского специализированного пусконаладочного управления треста Севэапмонтажавтоматика Минмонтажспецстроя СССР, Л., 1973.