Анализатор спектра Советский патент 1987 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к измериельной технике и может быть испольован при построении анализаторов в иброметрии, акустике, гидроакустике, при анализе различных ударных процессов .

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей анализатора спектра.

На фиг. 1 приведена структурная схема анализатора спектра; на фиг.2 структурная схема одного из каналов анализатора; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы.

Анализатор спектра содержит входной усилитель 1, группу каналов 2, индикатор 3, постоянное запоминающее, устройство (ПЗУ) 4. цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 5, счетчик б адреса, элемент 7 совпаденш, дешифратор 8, генератор 9 импульсов, элемент 10 совпадений, одновибраторы 11 и 12, полосовой фильтр 13; квадратор 14, 1спючи 15, 16 и 17, резистор 18, интегратор 19, компаратор 20, пере- ключатель 21, элемент 22 совпадений, счетчик 23, Элементы 4, 5, 6, 7, 9 и 10 осуществляют преобразование накопленного на интеграторе 19 напряжения -и могут быть объединены в один блок - функционный преобразователь.

Вход усилителя 1 является сигнальным входом 24 всего анализатора.

Вход одновибратора 11 является запускающим входом 25 анализатора. Вы ход одновибратора 11 подключен к входу одновибратора 12 и к первому входу дешифратора 8, третий и четвертый входы которого являются режимными входами 26 и 27 анализатора спектра.

Входы 28 канЗла 2 объединены и подключены к выходу усилителя 1, дополнительный выход которого подключен к дополнительному входу индикатора 3. Входы 29-35 Каналов 2, имеющие одинаковые номера, объединены между собой и подключены соответственно к выходу ЦАИ 5, к третьему, четвертому и пятому выходам дешифратора 8, ко входу одновибратора 11,, к шестому выходу дешифратора 8 и к выходу элемен- та 10 совпадений. Выходы 36 каналов 2 подключены к группе входов индикатора 3. Первый выход дешифратора 8 подключен к одному из входов элемента 7 совпадений, выход которого подключен к входу счетчика 6 адреса. Выход счетчика 6 адреса подключен к входу ПЗУ 4; выход которого подключен ко входу ЦАП 5. Второй выход дешифратора 8 подключен к установочному входу счетчика 6. Вход элемента совпадений 7 подключен k установочному входу счетчика 6, Вход элемента 7 совпадений подключен к выходу генератора 9 и к первому входу элемента 10 совпадений, второй вход которого подключен к выходу одновибратора 12 и ко второму входу дешифратора 8. Каждый канал содержит следующие

соединения.

Выход фильтра 13 подключен ко входу квадратора 14, входу ключа 15 и входу переключателя 21„ Выход квадратора 14 подключен ко входу ключа 16,

вькод которого подключен к первому выводу резистора 18 и к выходу ключа 17, Второй вывод резистора 18 подключен к выходу ключа 15 и к входу интегратора 19, выход которого подключен к первому входу компаратора 20, Второй вход компаратора 20 подключен к выходу переключателя 21, второй вход которого подключен к шине с нулевым потенциалом. Выход компаратора 20 подключен к первому управляющему входу ключа 15 и к первому входу элемента 22 совпадений, выход которого подключен ко входу счетчика 23. Вход фильтра является входом

28 канала 2, входом 29 которого является вход ключа 17. Второй управляющий вход ключа 15 является входом 30 канала 2, входом 31 которого является управляющий вход ключа 16, УправЛЯЮШД1Й вход ключа 17 является входом 32 канала 2. Входы сброса интегратора 1 9 и счетчика 23 объединены и являются входом 32 канала 2, входом 34 которого является управляющий вхЬд

переключателя 21. Второй вход элемента 22 совпадений является входом 35 канала 2, выходом 36 которого является выход счетчика 23.

Анализатор работает следующим образом.

Анализируемый сигнал поступает на вход 24 (фиг. 1) входного усилителя 1 с автоматическим выбором коэффициента усиления. Нормированньй сигнал с выхода усилителя 1 поступает на входы 28 каналов 2. Значение коэффициента усиления усилителя 1 поступает в двоичном коде на индикатор 3.

Анализатор работает в одном из четырех режимов.

1.Анализ среднеквадратичных значений отдельных составляющих с выво- дом результата в линейном масштабе.

2.То же, что в п. 1, но с выводо результата в логарифмическом масштабе.

3.Анализ пиковых значений отдель ных частотных составляющих с выводом результата в линейном масштабе.

4.То же, что в п. 3, но с выводом результата в логарифмическом масштабе.

Первый режим работы.

Режим работы задается подачей кодовой комбинации 00 на входы 26 и 27 дешифратора 8. С приходом пускового импульса на вход 25 по его переднему фронту сбрасываются в исходное состояние канальные счетчики 23 и интеграторы 19. По заданному фронту пускового импульса запускается одновибратор 11. На выходе одновибратора 11 форми руется импульс, длительность которого определяет время анализа входного сигнала. Сигнал с одновибратора 11 поступает на первый вход дешифратора 8. Дешифратор 8 функционирует в соответствии с таблицей, в которой задан алгоритм работы дешифратора. На его выходе появляется высокий потенциал, который поступает на вход 31 канала 2 и замыкает ключи 16 (фиг.2 Выход фильтра 13 подсоединяется ко входу интегратора 19 через квадратор 14 и резистор 18, Интегратор 19 имеет малую постоянную времени. Для уве- личения постоянной времени интеграто- ра 19 служит резистор 18, подключаемый на его вход. Выходной сигнал полосового фильтра 13 возводится в квадрат и интегрируется. По окончании времени анализа напряжение на вы- ходе каждого интегратора пропорционально квадрату амплитуды соответствующей гармонической составляющей входного сигнала.

Задним фронтом импульса с выхода одновибратора 11 запускается одно- вибратор 12. Одновибратор 12 служит для генерации импульса, длительность которого равна максимальному времени разряда интегратора 19. С появлением высокого потенциала на выходе одно- вибратора 12 начинается разряд интегратора 19. Дешифратор 8 вырабатывает высокий потенциал на входе 32 каналов 2, который замыкает ключи 17 и подсоединяет напряжение отрицатель- .ной полярности с выхода ЦАП 5. Разряд интегратора 19 происходит нелинейно в отличие от интегрирующих (АЦП) аналого-цифровых преобразователей. В первом режиме время разряда пропорционально корню квадратному от величины напряжения, присутствующему на выходе интегратора после завершения времени анализа, т.е. время разряда каждого интегратора 19 пропорционально среднеквадратичному зна чению соответствующей гармонической составляющей.

Осуществление нелинейного разряда интегратора 19.

Разряд интегратора 19 происходит при высоком потенциале на выходе одновибратора 12. В этот же период времени на выходе дешифратора 8 вырабатывается высокий потенциал, поступающий на один из входов элемента 7 . совпадений. Через этот элемент начинают поступать счетные импульсы с генератора 9 импульсов на счетчик 6 адреса. Первый поступивший импульс устанавливает содержимое счетчика 6 в соответствии с кодовой комбинацией, присутствующей на установочном входе а каждьй последующий импульс увеличивает содержимое счетчика 6 на единицу. На установочном входе счетчика 6 с дешифратора 7 подаются начальные адреса (А1 + А4) массивов числовых последовательностей. С приходом каждого импульса на выходе ПЗУ 4 появляется очередная кодовая комбинация, выводимая из следующих друг за другом ячеек ПЗУ 4. Каждая кодовая ком- бинация преобразуется в ЦАП 5 в отрицательное напряжение определенной величины и подается через резистор 18 на вход интегратора 19. Напряжение на выходе ЦАП 5 имеет ступенчатую форму, а на выходе интегратора 19 напряжение представляет собой ломаную линию (фиг. 3). Точность выходного результата зависит от точности апрок- симации нелинейных функций разряда интегратора. Предварительно вычисленные значения кодовых комбинаций записаны в ячейках ПЗУ 4.

В различных режимах разряд интегратора осуществляется по различным зависимостям. В первом режиме время разряда пропорционально квадратному корню первоначального напряжения, во

втором режиме время разряда пропорционально логарифму квадратного корня этого напряжения, в третьем режиме разряд осуществляется линейно, в четвертом - время разряда пропорционально логарифму исходного напряжения .

Выходное напряжение интегратора

бык

интегратора 19. На фиг. 4а изображены диаграммы напряжений U и

и

и„

в

19 подается на компаратор 20, На вто- ю вает соотношение между напряжениями рой вход компаратора 20 через перек- на входе и напряжение на выходе лючатель 21 подается нулевой потенци- U ал при низком уровне напряжения на управляющем входе переключателя 21. Напряжение на выходе компаратора 20 15 имеет высокий уровень в том случае, когда выходное напряжение интегратора 19 больше нуля. На один из входов элемента 22 совпадений тактовые импульсы с генератора 9 поступают в пе-20 вует высокий потенциал (фиг. 46). риод разряда, определяемый выходным При и - U jjiy O на выходе компаратора напряжением одновибратора 12. Элемент 20 вырабатывается низкий потенциал 22 совпадений служит для преобразова- (фиг. 4а, участок Т2), ключ 15 размы- ния временного интервала разряда интегратора 19 до нуля в число импуль- 25 сов, поступающих на вход счетчика 23. Значение счетчика 23 после периода разряда соответствует среднеквадратичному значению спектральной составляющей. Таким образом осуществляется 30

Вых бых интегратора с малой постоянной времени интегрирования практически повторяет входное напряжение на начальном участке Т1, но с небольшой задержкой. В этом случае Ug,,, О, и на выходе компаратора 20 присутстпрекращая заряд интегратокается, ра 19.

Ключ 15 имеет два управляющих входа . Первьй управляющий вход обычно называют выбор кристалла. Второй управляющий вход является основным управляющим входом, обеспечивающим замыкание или размыкание ключа. Без . высоких потенциалов на обоих управляющих входах замыкание ключа 15 невозможно .

преобразование аналоговой величины в цифровую.

Как только выходное напряжение интегратора 19 сравняется с нулевым значением, компаратор 20 срабатывает, элемент 22 совпадения прекращает пропускать импульсы на вход сче т- чика 23. Содержимое счетчиков 23 индуцируется индикатором 3. Индикатор

ОЬ1К

3 включает в себя группу линейных ин- 40 максимальному значению напрялсения на

дикаторов. Высота каждой светящейся линейки зависит от содержимого соответствующего счетчика. Через дополнительный вход индикатора 3 поступает значение масштабирующего коэффициента.

Второй режим работы сходен с пер вым. Отличие состоит только в нелинейной зависимости разряда интегратора. В период разряда на устано вочный вход счетчика 6 подается кодовая комбинация А2, соответствующая начальному адресу выводимого из ПЗУ 4 массива.

Третий режим работы задается кодовой комбинацией 10 на входах 26 и 27. С приходом пускового импульса интеграторы 19 и счетчики 23 сбрасываются в исходное состояние и запускается одновибратор 11, Дешифратор 8 вырабатывает высокий потенциал на входах 30 и 34 каналов 2, Этот потенциал разрешает работу ключей 15 и устанавливает .переключатель 21 в положение, когда на второй вход компаратора 20 поступает сигнал с выхода фильтра 13. Теперь компаратор оценибык

интегратора 19. На фиг. 4а изображены диаграммы напряжений U и

и

и„

в

вает соотношение между напряжениями на входе и напряжение на выходе U вует высокий потенциал (фиг. 46). При и - U jjiy O на выходе компаратора 20 вырабатывается низкий потенциал (фиг. 4а, участок Т2), ключ 15 размы-

Вых бых интегратора с малой постоянной времени интегрирования практически повторяет входное напряжение на начальном участке Т1, но с небольшой задержкой. В этом случае Ug,,, О, и на выходе компаратора 20 присутствает соотношение между напряжениями на входе и напряжение на выходе U вует высокий потенциал (фиг. 46). При и - U jjiy O на выходе компаратора 20 вырабатывается низкий потенциал (фиг. 4а, участок Т2), ключ 15 размы-

прекращая заряд интеграто

кается, ра 19.

Ключ 15 имеет два управляющих входа . Первьй управляющий вход обычно называют выбор кристалла. Второй управляющий вход является основным управляющим входом, обеспечивающим замыкание или размыкание ключа. Без . высоких потенциалов на обоих управляющих входах замыкание ключа 15 невозможно .

Если же Ugjj еще раз превысит и, то происходит доз арядка интегратора 19 (фиг. 4а, участок ТЗ). Таким образом, после окончания времени анализа и..,., интегратора 19 соответствует

ОЬ1К

максимальному значению напрялсения на

выходе соответствующего фильтра.

Следующим этапом это напряжемте преобразуется во време шой интервал либо по линейной зависимости (третий режим), либо по логарифмической (четвертый режим). В третьем режиме работы напрялсение разряда, поступающее на вход 28 канала 2, постоянно и обе- спечивает линейный разряд всех интеграторов 19.

55

Таким образом, введение ПЗУ, счетчика адреса, ЦАП, генератора импульсов, двух элементов совпадений и двух одновибраторОБ, а также дополнительное введение в состав каждого канала квадратора, двух ключей, резистора, компаратора, переключателя, элемента совпадения, и счет11ика позволяет расширить функциональные возможности анализатора спектра

Формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий входной усилитель, вход усилителя является сигнальным входом анализатора спектра, группу каналов, каждый качал содержит полосовой фильтр, интегратор и ключ, входы группы каналов объединены между собой и подключены к выходу входного усилителя, индикатор, дополнительный вход которого подключен к дополнительному выходу входного усилителя, отличающийся тем, что, с цепью расширения функциональных возможностей, в него введены постоянное запоминающее устройство, счетчик адреса, цифро-, аналоговый преобразователь, генера- .тор импульсов, два элемента совпадений, дешифратор и два одновибратора, причем первый выход дешифратора подключен к одному из выходов первого элемента совпадений, выход которого подключен к входу счетчика адреса, второй выход дешифратора, являющийся многопроводной шиной, подключен к установочному входу счетчика адреса,выход которого подключен к адресному входу постоянного запоминающего устройства, вторые входы группы каналов объе- „ левым потенциалом, выход компаратора динены между собой и подключены к подключен к первому управляющему вховыходу цифроаналогового преобразователя, вход которого подключен к выходу Постоянного запоминающего устройства, третьи входы каналов объединены между собой и подключены к третьему выходу дешифратора, четвертые входы группы каналов объединены между собой и подключены к четвертору

выходу дешифратора, пятые входы груп- g ляется второй управляющий вход первопы каналов объединены между собой и подключены к пятому выходу дешифратора, шестые выходы группы каналов объединены между собой и подключены к первого одновибратора, причем вход первого одновибратора является запускающим входом всего анализатора спектра, седьмые входы группы каналов объединены между собой и подключены к шестому выходу дешифратора, восьмые выходы группы каналов

50

55

го ключа, управляющий вход второго ключа является четвертым входом канала, пятым входом которого является управляющий вход третьего ключа, сбрасывающие входы интегратора и счетчика объединены между собой и являются шестым входом канала, седьмым входом которого является управляющий вход переключателя, восьмым входом канала является второй вход элемента совпадений.

451328

объединены между собой и подключены к выходу второго элемента совпадений, выходы группы каналов подключены к группе входов индикатора, выход первого одновибратора подключен к входу второго одновибратора и к первому входу дешифратора, второй вход которого подключен к выходу второго од10 новибратора и объединен с одним из входов элемента совпадений, выход генератора импульсов подключен к вторым входам первого и второго элементов совпадений, третий и четвертый

15 входы- дешифратора являются управляющими входами анализатора спектра, в каждьш канал дополнительно введены квадратор, второй и третий ключи, резистор, компаратор, переключатель,

элемент совпадений и счетчик, выход каждого фильтра в канале подключен к входу квадратора, к входу первого ключа и к первому сигнальному входу переключателя, выход квадратора подключен к входу второго ключа, выход которого подключен к выходу третьего ключа и к первому выводу резистора, второй вывод резистора объединен с выходом первого ключа и подключен к .

входу интегратора, выход которого подключен к первому входу компаратоа, второй вход компаратора подключен к выходу переключателя, второй вход которого подключен к шине с нуду первого ключа и к первому входу элемента совпадений, выход элемента совпадений подключен к входу счетчи- ка, выход которого является выходом канала, вход полосового фильтра является первым входом канала, вторым входом которого является вход третьего ключа, третьим входом канала яв

го ключа, управляющий вход второго ключа является четвертым входом канала, пятым входом которого является управляющий вход третьего ключа, сбрасывающие входы интегратора и счетчика объединены между собой и явяются шестым входом канала, седьмым входом которого является управляющий вход переключателя, восьмым входом канала является второй вход элемента совпадений.

а

У

Редактор Л. Повхан

фигЛ

Составитель В, Смолин

Техред И.Попович Корректор М.Демчик

4915/44

„,,„, Тираж 730Подписное

ьниипи Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. ПроёктнаяГ4

Изобретение служит для расширения функциональных возможностей анализатора спектра. Анализатор содержит входной усилитель 1, группу каналов 2 и индикатор 3. Введенные постоянные запоминающее устройство 4, циф- роаналоговый преобразователь 5, счетчик 6 адреса, элементы 7 и 10 совпадения и генератор 9 импульсов осуществляют преобразование накопленного на интеграторе напряжения и могут быть объединены в один блок - функ циональный преобразователь. Каждый из каналов 2 содержит полосовой фильтр, квадратор, ключи, интегратор напряжения, компаратор, переключатель, элемент совпадения и счетчик. 4 ил., 1 табл. й