Спектральный анализатор Советский патент 1986 года по МПК G06G7/19 

Вх

СП

4

О) 00 Изобретение относится к системам управления испытаниями изделий на внешнее воздействие и может быть ис пользовано для управления акустичес кими и вибрационньгми установками. Целью изобретения является упрощение устройства. На чертеже показана блок-схема предлагаемого анализатора. Анализатор состоит из коммутаторов 1-5, генератора 6 шума, резис торов 7-9, усилителей 10 и 11,кон денсаторов 12 и 13, умножающих цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) 14 и 15, умножителя 16, анало го-цифрового преобразователя (АЦП) 17, ЦАП 18 и 19, сумматоров 20 и 21 блоков 22-25 памяти,мультивибратора 2 счетчиков 27 и 28, триггера 29, клю ча 30, индикатора .31, детектора 32, интегратора 33, элемента И 34 и фильтра 35. Анализатор работает в трех режимах: синтеза, гейерирования и анали за. Перед началом режима синтеза в блок 24 заносят информацию об опорном спектре сигнала процесса, который надо затем воспроизвести, и кратковременно нажимают ключ 30, пр этом логический ноль поступает на входы счетчиков 27 и 28 и триггера 29 и устанавливает их в начальные состояния. При этом нулевой выходно код счетчика 28 подается на адресные входы блоков 23 - 25, В результате на выходе блока 24 появляется цифровое слово,равное ординате первой частотной составляю щей опорного спектра, ЦАП 18 превра щает этот цифровой сигнал в аналоговое напряжение и подает его на вход коммутатора 4. Блок 25 предста ляет собой постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в ячейках которого записаны значения ряда частот спектра, воспроизводимого всем устройством, поэтому в начальном состо нии на выходе блока 25 появляется число, равное значению частоты первой ординаты спектра. Это число пос тупает на управляющий вход перестра ваемого узкополосного фильтра, обра зованного резисторами 7 - 9, конден саторами 12 и 13, усилителями 10 и 11 и умножаюпщми ЦАП 14 и 15, входо г} шьтра является вход резистора 7, 8 а выходом - выход усилителя 11. Коэффициент передачи фильтра равен Rj/R ,/f)-R9/R8 2+j(f/f где Рх, Rg и сопротивления резисторов 7-9; резонансная частота фильтра; частота. где число на управлякщих входах 14 и 15; q - проводимость аналоговой цепи ЦАП 14 и 15 при QBX ; с - емкость конденсаторов 12 и 13, При частоте входного сигнала фильтра, равной резонансной, коэффициент передачи фильтра резко воэрас-i тает. Если при этом соотнойение Ь -2 Д , где Д 1 , то коэффиRSциент передачи на резонансной частоте равен R9 1 - Rg - -р .Подбирая значение сопротивления резистора 8, можно менять добротность рез энансной характеристики фильтра. Если изменять значения входных цифровых слов фильтра от минимального до максимального (от I до 4096 для серийных умножающих 12-разрядньк ЦАП), то резонансная частота фильтра может изменяться от 5 до 20 - 48 Гц, охватывая весь диапазон звуковых частот, В начальном состоянии.на выходе триггера 29 появляется логическая единица, которая через коммутаторы подключает выход генератора шумов к входу фильтра, выход умножителя 16 к выходу устройства и входу АЦП 17, вход устройства - к входу детектора 32, выходной сигнал ЦАП 18 - к вычитающему входу сумматора 20, При этом щирокополосный случайный выходной сигнал генератора шумов, пройдя 4ильтр и умножитель 16, образует на выходе устройства случайный узкополосный сигнал на частоте, равной низшей частоте спектра. Уровень этого сигнала низкий, так как на другом входе умножителя 16 сигнал, пришедший с интегратора 33, близок к нулю. Выходной сигнал устройства возбуждает внешнее устройство , например акустическую каме ру или вибростенд, сигнал обратной связи приходит на вход устройства и попадает через коммутатор 2 на вход детектора 32, где выпрямляется и подается на вход сумматора 20. Так как выходной сигнал устройства мал, то мал сигнал на выходе детектора 32, который меньше сигнала, пришедшего с выхода ЦАП 18 через коммутатор 4, поэтому на выходе сум матора 20 присутствует значительный отрицательный сигнал, который интен сивно заряжает интегратор 33, и его выходной сигнал растет, повышая уровень выходного сигнала устройства. В результате повьшается выходной сигнал детектора 32, при его приближении к уровню выходного сигнала ЦАП 18 выходной сигнал сумматора 20 приближается к нулю, заряд интегратора происходит менее интенсивно. При равенстве по постоянному току сигналов на выходе детектора и на выходе ЦАП 18, что означает равенство уровня процесса на внешнем устройстве уровню первой спектральной составлякидей спектра, записанный в блоке 24 средний уровень сигнала на входе интегратора равен нулю, выходной сигнал интегратора перестает изменяться. Время выхода на режим составляет три постоянных времени интегратора, за это время счетчик 27 под действием тактовых импульсов мультивибра тора 26 изменяет свое состояние от нуля до появления логической единицы на выходе старшего разряда. Эта логическая единица через элемент И 34 проходит на вход записи блока 22, переводя его в режим записи входной информации, которая предста ляет собой выходной сигнал устройст ва, прошедший коммутатор 3, АЦП 17 и сумматор 21. За время существования логической единицы на выходе старшего разряда счетчика 27 в блок 22 записывается в цифровом виде реа лизация узкополосного случайного сигнала, частота которого равна пер вой составляющей спектра. После заполнения всего счетчика 27 на его выходе максимума появляет ся кратковременньй сигнал, сбрасывакяций в ноль интегратор 33. После этого на выходе старшего разряда счетчика 27 логическая едию-ща превращается в ноль, запоминающее устройство выходит из состояния записи, а в счетчик 28 записывается единица. Эта единица создает на выходе ЦАП 18 постоянный уровень, равный .уровню второй спектральной составляющей опорного спектра, и устанавливает резонансную частоту фильтра 35, равную частоте второй спектрапьной составляющей. Затем вновь повторяется работа фильтра 35, интегратора 33 и счетчика 27, в результате чего на выходе устройства устанавливается узкополосный случайньш процесс, по уровню равный уровню второй спектральной составляющей опорного спектра, а по частоте - этой составляющей спектра. При появлении логической единицы на выходе старшего разряда счетчика 27 в блок 23 записывается реализация выходного сигнала устройства, которая слагается в сумматоре 21 с информацией, уже записанной в блок 22, т..е. в блоке 22 записана сумма двух реализаций на частотах первой и второй составляющих спектра. После этого в счетчик 28 вновь добавляется единица, на его выходе появляется число 2, и процесс работы снова многократно повторяется до заполнения всего счетчика 28, число состояний равно числу спектральных составляющих опорного спектра. На его выходе максимума появляется сигнал, сбрасьшающий триггер 29 в ноль. При этом в блоке 22 оказывается записанной сумма узкополосных реализаций, уровни которых и частоты соответствуют опорному спектру, записанному в блоке 24. Совместно эти реализации образуют один широкополюсный случайный сигнал. Затем устройство переходит в режим генерирования в анализе,При этом логический ноль на выходе триггера 29 запрещает прохождение сигнала через элемент И 34, что устанавливает только режим считьшания блока 22, Кроме того, коммутаторы 1 - 5 подключают соответственно вход устройства к входу фильтра, выход фильтра - к входу детектора 32, выход интегратора 33 - к вычитающему входу сумматора 20 и входу АЦП 17, выход ЦАП 19 - к выходу устройства, В

этом режиме под действием тактовых импульсов мультивибратора 26 работает беспрерывно счетчик 27, меняя адреса ячеек блока 22, при этом на выходе блока 22 образуется цифровой микрополосный случайньй сигнал, который, пройдя ЦАП 19, преобразуется в аналоговый вид и передается на выход устройства, возбуждая внешнее устройство. При этом на последнем образуется широкополосный случайный процесс, спектр которого соответствует заданному опорному спектру,

Для контроля спектра процесса в устройстве происходит анализ его спектра, при этом сигнал обратной связи с внешнего устройства поступает на вход фильтра 35, резонансные частоты которого последовательно перестраиваются под действием выходного сигнала блока 25, управляемого счетчиком 28, При работе фильтра 35 на одной из резонансных частот счетчик 27 меняет свой выходной сигнал от минимального до максимального состояния, считывая с блока 22 две реализации сигнала. Выходной сигнал фильтра 35 в это время подается на вход детектора 32, где выпрямпяется, и через сумматор 20 на вход интегратора 33, которьй начинает заряжаться, его выходной сигнал начинает возрастат. Этот сигнал подается .на вычитакаций вход сумматора 20, в результате чего средний уровень сигнала на входе интегратора 33 падает падает скорость возрастания его выходного сигнала. При равенстве по постоянному току сигналов на выходе интегратора 33 и выходного сигнала дектора 32 сигнал на выходе интегратора 33 перестает изменяться. Поэтому выходной сигнал интегратора 33 характеризует уровень спектральной срставляняцёй процесса на внешнем устройстве в полосе частот пропускания фильтра. Выходной сигнал интегратора 33 передается через комму.татор. 3 и АЦП 17 и в цифровом виде поступает на вход блока 23. При достижении счетчиком 27 максимального состояния на его выходе максимума появляется кратковременный сигнал, который переводит блок 23 в режим записи, и в него записывается информация об уровне спектральной составляющей спектра процесса во внешнем

устройстве. Сигнал на вьпсоде максимума счетчика 27 также сбрасывает интегратор 33 в ноль, после чего в счетчик 28 записывается очередная единица. Устройство переходит к анализу уровня следукяцей спектральной составляющей, записьгаая затем этот уровень в следукицую ячейку блока 23 При достижении счетчиком 28 максимального состояния в блок 23 оказывается записанным весь анапизируемьй спектр процесса, В следующем цикле работы счетчика 28 вновь производится анализ спектра. При отсутствии сигнала на выходе максимума счетчика 27 блок 23 находится в режиме считывания, в результате чего на вход индикатора 31 последовательно считывается информация об анализируемом спектре процесса, одновременно на другой вход индикатора 3 считывается информация с блока 24 об опорном спектре, на экране индикатора 31 при этом видны оба спектра, что позволяет оператору сравни.вать их между собой.

Формула изобретения

Спектральный анализатор, содержащий генератор шума, фильтр, умножитель, интегратор, детектор первый сумг-iaTop и индикатор, выход фильтра подключен к первому входу умножителя, второй вход которого соединен с выходом интегратора, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, в него введены коммутаторы, аналого-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, второй сумматор, блоки памяти, мультивибратор, счетчики, триггер, ключ, элемент И, выход которого соединен с входом записисчитывания первого блока памяти, вход задания адреса которого соединен с выходом первого счетчика, тактовый вход которого подключен к выходу мультивибратора, выход старшего разряда первого счетчика соединен с входом записи-считывания второго блока памяти, вход которого объединен с адресными входами третьего и четвертого блоков памяти и подключен к информационному выходу второго счетчика, вход которого объединен с входом сброса первого счетчика и

входом установки в единицу триггера и соединен с выходом ключа, вход которого подключен к входу задания ноля устройства, вход установки тригге ра в ноль соединен с выходом старшего разряда второго счетчика, счетный вход которого объединен с первым входом элемента И и подключен к выходу переполнения первого счетчика, информационный вход первого блока памяти соединен с выходом первого сумматора, первый вход которого подключен к выходу первого блока памяти, второй вход первого сумматора с информационным входом в,торого блока памяти и соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя,вход которого подключен к выходу первого Коммутатора, первый информационный вход которого объединен с первым информационным входом второго коммутатора, вторым входом умножителя и соединен с выходом интегратора, выход которого подключен к второму информационному входу второго коммутатора и первому информационному входу третьего коммутатора, второй вход которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к выходу первого блока памяти, управлякщие

входы коммутаторов объединены с вторым входом элемента И и соединены с выходом триггера, выход второго блока памяти подключен к первому входу индикатора, второй вход которого соединен с выходом третьего блока памяти и объединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму информационному входу второго коммутатора, выход которогб соединен с вычитающим входом второго сумматора, выход которого подключен к входу интегратора, суммирующий вход второго сумматора соединен с выходом детектора, вход которого подключен к выходу четвертого коммутатора, первый информационный вход которого соединен с выходом фильтра, второй информационный вход четвертого коммутатора объединен с первым информационным входом пятого коммутатора и подключен к входу устройства, выход генератора шума соединен с вторым информационным входом пятого коммутатора, .выход третьего коммутатора является выходом устройства, выход четвертого блока подключен к входу управления коэффициентом передачи фильтра.

Изобретение относится к системам управления испытания изделий на внешние воздействия и может быть использовано дпя управления акустическими и вибрационными установками. Целью изобретения является упрощение устройства. Данная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор 6 шума, фильтр 35, умножитель 16, интегратор 33, детектор 32, сумматор 20 и индикатор 31, введены коммутаторы 1-5, аналого-цифровой преобразователь 17, второй сумматор 21, блоки 22-25 памяти, элемент И 34, счетчики 27,28, триггер 29, ключ 30, цифро-аналоговые преобразователи 18, 19, мультивибратор 26. Введение данных блоков и связей между ними поаволило заменить большое количество фильтров одним аналоговым узкополосным фильтром, резонансная частота (Л которого управляется цифровым кодом. 1 ил.