Анализатор спектра
О П И C: А" Н И Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
<»732760 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 25.11.77 (21) 2547379/18-21 с присоединением заявки ¹
G 01 R 23/16
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 050530. Бюллетень ¹ 17
Дата опубликования описания 050580 (53) УДК 6 2 1. 31 7.. 757 (088. 8) (72) Автор изобретения
О. Л. Карасин ский
Институт электродинамики АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА
Изобретение относится к измецительной технике и может быть исполь. эовано для определения как отдельных гармоник исследуемого си гнала, так и всего спектра периодического сигнала, либо в качестве избирательного фильтра, выходное напряжение которого пропорционально какой-либо одной гармони ке. 10
Известен анализатор спектра электрических сигналов, содержащий уст-. ройство выборки мгновенных значений, многоканальный коммутатор, вз вещи ваю. щие резисторы, интегросуммирующие 15 усилители. Принцип действия устройства основан на параллельной работе и каналов, на которые одновременно подается выборка мгновенного значения входного сигнала, суммируемая 20 в каждом сумматоре со своим весовым коэффициентом (1), Недостатком этого устройства является сложность, которая растет вместе с ростом числа исследуемых гарью- 25 ник.
Известно также устройство аналогового определения ортогональных составляющих спектра финитных сигналов, состоящее из схемы периодичес- 30 кой выборки мгновенных значений сигнала, сумматора в виде многовходового интегросуммирующего усилителя, генератора импульсов и согласующего каскада (2)
Недостаток устройства обусловлен узким частотным диапазоном.
Цель изобретения — расширение час— тотного диапазона устройства.
Указанная цель достигается тем, что в анализатор спектра, содержащий распределительное устройство, интегросуммирующий усилитель, выход которого подключен ко входу регистрирующего прибора, а вход через взвешивающие резисторы и коммутирующие ключи — ко входу устройства, при этом управляющие входы ключей соединены с выходами распределительного устройства, введены последовательно соединенные счетчик периодов, переключатель и преобразователь кода в число импульсов, умножитель частоты, своим входом подключенный ко входу устройства, а выходом — ко второму входу преобразователя кода в число импульсов, формирователь, вход которого соединен со входом устройства, а выход — со входом счетчика периодов входного сигнала и с реги732760
20 вь»с = с „ U(„k)&In(yk) Э--о ок:1 к
Z U Mco5 у) - — „ U(— „ ) (, l«) Г2) 5*mod (Я () для косинусной составляющей или сов(g) 5 а ой (kg) (/0) 1и
;(й . 1»
65 для синусной составляющей. стрирующим прибором, а также два элемента И, первые входы которых соединены со вторыми выходами счетчика периодов, вторые входы — co входом последнего, а выходы элементов И— с установленными входами распределительного устройства, при этом выход преобразователя кода в число импульсов подключен ко второму входу распределительного устройства.
На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. (О
Аналйзатор спектра содержит распределительное устройство 1, коммутирующие ключи 2 взвешивающие резисторы 3, интегрирующий операционный усилитель 4, формирователь 5, 15 умножитель частоты б, задатчик 7 номера гармоники, счетчик 8 периодов входного сигналов, преобразователь 9 кода в число импульсов, генератор 10 импульсов, схема И 11, вычитающий счетчик 12, триггер 13, переключатель 14, схемы И 15, 16, регистрирующее устройство 17, аналоговое запоминающее устройство 18 и аналогоцифровой. преобразователь 19. 25
Анализатор спектра ьюжет работать в двух режимах: автоматически последовательно во времени определять ортогональные составляющие всех гармоник, начиная спервой,,или определять только одну гармонику, номер которой з адает с я з адат чиком 7, выполненным в виде тумблерного регистра.
В первом режиме выходы счетчика 8. через переключатель 14 подключаются к установочным входам счетчика 12.
Входной сигнал интегрируется операционным усилителем 4, при этом коэффициент усиления интегрирующего усилителя в каждый момент времени зави- 40 сит от того, какой взвешивающий резистор 3 подключен с помощью коммутирующего ключа 2 к шине U или -U<, Ортогональные составляющие гармоник напряжения, представляемого в виде ряда Фурье, равны где и — число выборок за neTъ риод T)
"(./" — значение входного сигна- 55 ла в момент п-ой вчборки) )) — номер исследуемой гарьюники.
Если выбрать сопротивления резисторов З,такими, чтобы при вычислении В> и С - они были обратно пропорциональнымит;е. ко кВ 2а (3)
СО5 (— Уа)
h (7т4 то выходное напряжение усилителя 4 после окончания цикла интегрирования равно соответственно для косинусной и синусной составляющей "" "- (— „ 1) )
0в„,в K I " ()(t)dt, Ì 3 к= т о о пк
Т ° 29 — „ i u(t)m, (6) Т К=<т о о т h где С вЂ” величина емкости конденсатора 5; время, за которое открываются ключи 2. Полагая значения U (t) неизменными за время yt, из (5) и (6) получают ()выхв с т >""()оо5(т«) (П Сравнивая (7) и (8) соответственно с (1) и (2), видим, что выходное напряжение на операционном усилителе 4 в конце периода пропорцион ально ортогональным составляющим -ой гармони ки входно ro си гн ал а. Распределительное устройство 1, выходы которого подключены к управля юшим входам коммутирующих ключей, выполняют, например, на базе двоичного счетчика и дешифратора или регистра со сдвигом. Оно имеет 2 устойчивых состояний, причем каждому устойчивому состоянию S соответствует подключение определенного взвешивающего резистора. Естественной смене состояний распределительного устройства 1 соответствует последовательное во времени подключение взвешивающих резисторов 3, необходимое для вычисления коэффициента С, т.е. состоянию S распределительного устройства 1 соответствует подключение резистора, сопротивление которого равно Rp/sin (, S)l x шине U<,если 0 S < 2, нли к шине -Ux если 2" < S(2 Очевидно, что при подсчете коэффициентов В - и С -, выборка U» должна подключаться при состоянии расп1эеделительного устройства 1 732760 Формирователь 5 н начале каждоro периода входного сигнала формирует импульс, который поступает на счетный вход счетчика 8 и входы схем И 15 и 16. Счетчик 8 подсчитывает число периодов измеряемогр сигнала. На .первом периоде вычисляется В, на 5 втором С, на третьем В, на четвертом С и т.д., всего 2"" периодов. Умножитель частоты 6 выдает на выходе импульсы, частота которых в и раз больше частоты входного сигнала Ug. Каждый такой импульс устанавливает триггер 13 в нулевое состояние и поступает на вход синхронизации ввода кода в нычитающий счетчик 12. При этом код счетчика 12 прини- (5 мает значение кода счетчика 8 без младшего разряда, так как "остояние младшего разряда определяет, какой коэффициент подсчитывается — В - или С -. 20 Работа преобразователя 9 кода в число импульсов, который содержит генератор импульсов 10, схему И 11, вычитающий счетчик 12 и триггер 13, осуществляется следующим образом. Когда триггер 13 находится н состоянии О, открывается схема И 11, и импульсы с генератора 10 через схему И 11 поступают на счетный нход счетчика 12 и вход распределительного устройства 1. Когда счетчик 12 досчитает до нуля, íà его выходе появляется импульс, уст ан анливающий триггер 13 в состояние Г, при этом схема И 11 закрывается, т.е. на распределительное устройство 1 поступает число импульсов равное (коду, принятому счетчиком 12 от счетчика 8, а именно 1. Если подсчитывается В, то распределительное устройство 1 через схему И 15, второй 40 вход которой подключен к нулевому выходу младшего разряда счетчика 8, первоначально устанавливается в состояние S, равное 2 Так как после каждой выборки состояние S распре- 4 делительного устройства 1 увеличивается на 4 единиц и при этом возможны переполнения, то н общем случае его состояние после k-ой выборки определяется по формуле (9) Если подсчитывается С -, то распределительное устройство 1 через схему И 16, второй вход которой подключен к единичному выходу младшего разряда счетчика 8, первоначально устанавливается в состояние S равное нулю. При этом состояние распределительного устройства после k-ой выборки определяется по формуле (10). Таким образом обеспечивается подключение резисторов, сопротивление бО которых определяется формулами (3) и (4) .В конце пер™ода нходно го сигнала U„, когда заканчинается интегрирова.ние, выходное напряжение операцион- 65 ного усилителя 4 поступает на регистрирующее устройство 17, которое выполняют, например, в виде последовательно соединенных аналого-запоминающего устройства 18 и аналого-цифрового преобразователя 19, работа которых синхронизирует ся выходными импульсами формиронателя 5. Во втором режиме входы счетчика 12 подключаются через переключатель 14 к задатчику номера гармоники 7. Анализатор спектра работает так же, как и н первом режим-. hu на нх д распределительного устройства 1 и счетный вход счетчика 12 после каждого выходного импульса умножителя частоты 6 поступает одинаковое число импульсов, равное номеру гармоники, установленному в задатчике 7. Таким образом, подключение входа распределительного устройства через преобразонате rb кода н число импульсов и умножитель ча "тоты ко входу устройства позволяет расширить частотный диапазон исследуемых сигналов. При этом расширенный частотный диапазон равен диапазону умножаемых частот в умножителе частоты и при использовании широкополосного умножит еля частоты сост авл яет несколько декад. Кроме того, анализатор спектра поз вол яет определять все коэффициенты ряда Фурье, в который разлагается входной сигнал, при этом используются одни и те же взвешивающие резисторы и интегросуммирующий усилитель. Этим исключается применение параллельных каналов для определения ортогональных составляющих гармоник периодического сигнала. Возможность работы анализатора и двух режимах облегчает Наладку устройства и создает удобства при его эксплуатации. Формула изобретения Анализ ат ор спектр а, содержащий распределительное устройство, интегросуммирующий усилитель, выход которого подключен ко входу регистрирующего прибора, а вход через взвешивающие резисторы и коммутирующие, ключи — ко входу устройства, при этом управляющие входы кчючей соединены с выходами распределительного устройства, о тли ч ающи и с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона устройства, в него введены последовательно соединенные счетчик периодов, переключатель и преобразователь кода в число импульсов, умножитель частоты, своим входом подключенный ко входу устройства, а выходом — ко второму входу преобразователя кода в число импульсон, формирователь, вход которого =оединен со входом устройства, а выход — co входом счетчика периодов входного сигнала и с регистрирующим прибором, а также два элемента И, первые входы которых соединены со 732760 Составитель A. Орлов Редактор A. Маковская Техред.И.Асталош Корректор И. Муска Закаэ 1550/8 Тираж 1019 Подпн сное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вторыми выходами счетчика периода, вторые входы — сЬ входом последнего, а выходы элементов И вЂ” с установочными входамн распределительного устройства, при этом выход преобразователя кода в число импульсов подключен ко второму входу распределительного устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР В 456226, кл. G 01 R 23/00, 1975. 5. 2. Авторское свидетельство СССР 9 438939, кл. С 01 R 23/00, 1974
