Устройство для автоматического измерения шумов Советский патент 1989 года по МПК G01R29/26 

11479896

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения основных статистических характеристик источников шу- с мовых сигналов.

Целью изобретения является расширение диапазона частот исследуемого шума за счет стробоскопического метода анализа исследуемых процессов и Ю расширение функциональных возможностей, заключающееся в измерении автокорреляционной функции и интервала корреляции.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; па фиг.2 - блок-схема блока управления; на фиг. 3 - блок-схема блока нормализации по дисперсии; на фиг. 4 - эпюры напряжений в характерных точках устройства.

В устройстве для автоматического измерения шумов источник 1 шума через усилитель 2, блок 3 слежения-хранения

кой обработки, управляющий вход источника 1 шума подключен к выходу блока управления 7.

Первый блок 3 слежения-хранения состоит из аналогового ключа 17, информационный вход которого подключен к выходу усилителя 2, управляющий вход через формирователь 18 импульсов - к выходу линии 16 задержки, а выход - к запоминающему конденсатору 19 и входу буферного усилителя 20, выход которого подключен к входу блока 4 сравнения и входу блока 10 умно- 15 жения. Второй блок 9 слежения-хране20

ния состоит из аналогового ключа 21, информационный вход которого подключен к выходу усилителя 8, управляющий вход через формирователь 22 импульсов - к второму выходу линии 16 задержки выход - к запоминающему конденсатору 23 и входу второго буферного усилителя 24, выход которого подключен к второму входу блока 10 умножения.

подключен к информационному входу Линия 16 задержки состоит из источника 4 сравнения, выход которого подключен к входу блока 5 статистической обработки, а управляющий вход через цифроаналоговый преобразователь 6 - к блоку 7 управления и через второй 30 усилитель 8, второй блок 9 слежения - хранения к входу блока 10 умножения, другой вход которого подключен к выходу первого блока 3 слежения-хранения, управляющий вход - к выходу бло- 35 ка 7 управления, а выход через интегратор 11 и аналого-цифровой преобразователь 12 - к входу блока 13 нормализации по дисперсии, выход которого подключен к входу блока 5 статис- 40 тической обработки и первому входу блока 14 сравнения, другой вход которого подключен к выходу блока 7 управления, а выход - к входу элемента И 15, выход которого подключен к 45 входу блока 5 статистической обработки, а другой вход совместно с первым входом линии 16 задержки - к выходу блока 7 управления, второй вход линии 16 задержки подключен к выходу блока 7 управления, первый выход линии 16 задержки подключен к управляющему входу блока 3 слежения-хранения, а второй выход - к управляющему входу второго блока 9 слежения-хранения, вход блока 5 статистической обработки подключен к выходу блока 7 управления, а вход блока 7 управления подключен к выходу блока 5 статистичес50

55

ка 25 опорного напряжения, выход которого подключен к входу блока 26 сравнения , выход которого подключен к формирователю 18 импульсов, а другой вход совместно с первым входом блока 27 сравнения подключен к выходу генератора 28 линейно изменяющегося напряжения, вход которого подключен к выходу блока 7 управления, второй вход блока 27 сравнения подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 29, вход которого подключен к выходу блока 7 управления, а выход - к входу формирователя 22 импульсов, формирователи 18 и 22 импульсов выполнены на диодах с накоплением заряда, что необходимо для получения импульсов с крутыми фронтами, обеспечивающими высокое быстродействие аналоговых ключей 17 и 21, от которых зависит максимальная частота анализируемого процесса.

Блок 7 управления состоит из регистра 30 управления, регистров 31 и 32 данных и триггера 33 подтверждения приема команд и данных. При этом входы регистров управления 30 и данных 31 и 32 подключены к блоку 5 статистической обработки, а соответствующие выходы - к триггеру 33 подтверждения приема команд и данных, выход которого подключен к блоку 5 статистической обработки, кроме того, оставшиеся выходы регистра 30 управления подклю

кой обработки, управляющий вход источника 1 шума подключен к выходу блока управления 7.

Первый блок 3 слежения-хранения состоит из аналогового ключа 17, информационный вход которого подключен к выходу усилителя 2, управляющий вход через формирователь 18 импульсов - к выходу линии 16 задержки, а выход - к запоминающему конденсатору 19 и входу буферного усилителя 20, выход которого подключен к входу блока 4 сравнения и входу блока 10 умно- жения. Второй блок 9 слежения-хране

ния состоит из аналогового ключа 21, информационный вход которого подключен к выходу усилителя 8, управляющий вход через формирователь 22 импульсов - к второму выходу линии 16 задержки выход - к запоминающему конденсатору 23 и входу второго буферного усилителя 24, выход которого подключен к второму входу блока 10 умножения.

Линия 16 задержки состоит из источни05 0 5

0

5

ка 25 опорного напряжения, выход которого подключен к входу блока 26 сравнения , выход которого подключен к формирователю 18 импульсов, а другой вход совместно с первым входом блока 27 сравнения подключен к выходу генератора 28 линейно изменяющегося напряжения, вход которого подключен к выходу блока 7 управления, второй вход блока 27 сравнения подключен к выходу цифроаналогового преобразователя 29, вход которого подключен к выходу блока 7 управления, а выход - к входу формирователя 22 импульсов, формирователи 18 и 22 импульсов выполнены на диодах с накоплением заряда, что необходимо для получения импульсов с крутыми фронтами, обеспечивающими высокое быстродействие аналоговых ключей 17 и 21, от которых зависит максимальная частота анализируемого процесса.

Блок 7 управления состоит из регистра 30 управления, регистров 31 и 32 данных и триггера 33 подтверждения приема команд и данных. При этом входы регистров управления 30 и данных 31 и 32 подключены к блоку 5 статистической обработки, а соответствующие выходы - к триггеру 33 подтверждения приема команд и данных, выход которого подключен к блоку 5 статистической обработки, кроме того, оставшиеся выходы регистра 30 управления подключены соответственно к источнику 1 шума, блоку 10 умножения, блоку 14 сравнения и к генератору 28 линейно изменяющегося напряжения, а оставшиеся выходы регистров 31 и 32 данных подключены соответственно к цифроанало- говым преобразователям 6 и 29.

Блок 13 нормализации по дисперсии состоит из делителя 34, элемента 35 памяти, элемента И 36 и триггера 37. Первый вход и выход делителя 34 являются соответственно входом и выходом блока 13 нормализации по дисперсии, а второй вход соединен с выходом |5 вход цифроаналогового лреобразова- элемента 35 памяти, вход которого подключен к выходу элемента И 36, первый вход которого соединен с выходом триггера 37, вход которого объединен с вторым входом элемента И 36 и подключен к входу блока 13 нормализации

теля 6 поступает код, по которому формируется следующее опорное напря жение , и цикл измерений повторяется. При U, задается таким

20 образом, чтобы Р,1, в последующих циклах Ui+Y U.. При измерения завершаются по сигналу, проходящему из блока 5 статистической обработки в блок 7 управления.

по дисперсии.

Устройство работает следующим образом.

При измерении шумов (фиг. 4а) из блока 5 статистической обработки в блок 7 управления поступают команды и данные, задающие п циклов измерений,

точника 1 шума и гистерезисом блока 4 сравнения. В течение одного цикла измерений, состоящего из m тактов опроса, блок 5 статистической обработки подсчитывает количество тактов опроса и количество прошедших блок 4 сравнения сигналов.

Отношения этих двух чисел есть ве- ро тность Р, прохождения выходного сигнала источника 1 шума через цепочку усилителя 2 и блок 4 сравнения при заданном U(.

Далее из блока 7 управления на

вход цифроаналогового лреобразова-

теля 6 поступает код, по которому формируется следующее опорное напряжение , и цикл измерений повторяется. При U, задается таким

образом, чтобы Р,1, в последующих циклах Ui+Y U.. При измерения завершаются по сигналу, проходящему из блока 5 статистической обработки в блок 7 управления.

Для измерения значений автокорреляционной функции и определения интервала корреляции используется первый и второй измерительные каналы и линия 16 задержки. Первый и второй

Изобретение может быть использовано для измерения основных статистических характеристик источников шумовых сигналов. Цель изобретения - расширение диапазона частот исследуемого сигнала и расширение функциональных возможностей - достигается за счет использования стробоскопического метода анализа исследуемых процессов и дополнительного измерения автокорреляционной функции и интервала корреляции. Для измерения закона распределения сигнал с выхода источника 1 шума через последовательно соединенные усилитель 2, блок 3 слежения-хранения и блок 4 сравнения поступает в блок 5 статистической обработки. При этом по командам блока 7 управления в блоке 4 сравнения происходит сравнение исследуемого шума с опорным сигналом, вырабатываемым цифроаналоговым преобразователем 6. Для измерения автокорреляционной функции используются первый 2 и второй 8 усилители, первый 3 и второй 9 блоки слежения-хранения и линия 16 задержки. Выходные сигналы первого 3 и второго 9 блоков слежения-хранения перемножаются в перемножителе 10, интегрируются интегратором 11 и через аналого-цифровой преобразователь 12 поступают в блок 13 нормализации по дисперсии. С выхода последнего нормированное значение автокорреляционной функции поступает в блок 5 статистической обработки, выходной сигнал которого через блок 7 управления разрешает прохождение сигнала через элемент И 15. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

40

при этом каждый цикл содержит m так- 30 каналы соответственно состоят из усилителя 2 и блока 3 слежения-хранения, усилителя 8 и блока 9 слежения-хранения.

Сигнал с выхода источника 1 шума через усилители 2 и 8 поступает в блоки 3 и 9 слежения-хранения. Под действием сформированных управляющих импульсов (фиг. 46 и в), ключи 17 и 21 закрываются, и на запоминающих конденсаторах 19 и 23 устанавливаются мгновенные значения напряжений, которые хранятся в течение времени, необходимого для преобразования и обработки (фиг.4г и д). Буферные усилители 20 и 24 обладают высоким входным сопротивлением, что обеспечивает малый ток утечки запоминающих конденсаторов 19 и 23.

Значения временных сдвигов между каналами, необходимых для получения значений автокорреляционной функции, получаются с помощью линии 16 задержки. С выхода генератора 28 линейно изменяющееся напряжение поступает на входы блоков 26 и 27 сравнения. На выходе блока 26 сравнения в момент равенства линейно изменяющегося напряжения и напряжения с источника опорного напряжения U0 появляется имтов опроса источника шума, i

Для измерения закона распределения используется первый канал, состоящий из усилителя 2 и блока 3 слежения- 35 хранения. Один такт опроса состоит из подачи из блока 7 управления ка источник 1 шума импульса, инициализирующего его работу, усилия входного сигнала источника 1 шума в усилителе 2, фиксация в блоке 3 слежения- хранения мгновенного значения напряжения усиленного сигнала (фиг.4г) по фронту сигнала управления, поступающего из блока 7 управления (фиг.46), сравнения по амплитуде зафиксированного в блоке 3 мгновенного значения напряжения шума с опорным напряжением U , сформированным на выходе цифро- аналогового преобразователя 6 по коду, поступающему из блока 7 управления. Если в данном такте мгновенное значение напряжения зафиксированного сигнала превосходит опорное напряжение U;, то этот сигнал через блок 4 сравнения поступает на блок 5 статистической обработки.Вероятность прохождения сигналов через блок 4 сравнения определяется законом распределения ис45

50

55

пульс. На выходе блока 27 сравнения в момент равенстра линейно изменяющегося напряжения и порогового напряжения U пор , сформирочанного на выходе цифроаналогового преобразователя 29 в соответствии с кодом, поданным из блока 7 управления, также появляется импульс. Разногть опорного U0 и порогового U „ср напряжений определяет временной сдвиг между импульсами и, следовательно, время задержки между выбираемыми мгновенными значениями напряжения исследуемого процесса.

С выхода блоков 3 и 9 слежения- хранения мгновенные значения напряжения поступают в блок 10 умножения, который в соответствии с управляющими сигналами из блока 7 управления осуществляет операцию умножения. С выхода блока 10 умножения сигналы поступают в интегратор 11, где формируется значение автокорреляционной функции

шающий прохождение через элемент И 1Ь в блок 5 статистической обработки управляющего кода, для цифроаналогово- ,. го преобразователя 29, определяющего время задержки i .

После установления на линии 13 задержки значения, соответствующего максимальному сдвигу, измерения за- 10 вершаются.

Формула изобретения

гу. Из блока 7 управления поступает код, в соответствии с которым в линии 16 задержки устанавливается новое значение задержки.

С выхода интегратора 11 значения автокорреляционной функции К v поступают в блок аналого-цифрового преобразователя 12 и затем в цифровом виде поступают в блок 13 нормализации по дисперсии. Значение Кх(0) поступает на первый вход делителя 34, проходит открытый элемент И 36, записывается в элемент 35 памяти и переключает триггер 37 в нулевое состояние, при котором на его выходе появляется потенциал, запрещающий прохождение кода с блока аналого-цифрового преобразователя 12 через элемент И 36 в элемент 35 памяти, не изменяющееся до конца измерения. Таким образом, последующие значения автокорреляционной функции К( и) номируются относительно Кх(0) .

С выхода блока 13 нормализации по дисперсии нормированные значения автокорреляционной функции К хн поступают в блок Ь статистической обработки и в блок 14 сравнения, где происходит сравнение с кодом, определяющим порог, задаваемый из блока 7 управления для определения интервала корреляции. В случае превышения заданного порога блок 14 сравнения вырабатывает сигнал разрешения, разрешающий прохождение через элемент И 1Ь в блок 5 статистической обработки управляющего кода, для цифроаналогово- . го преобразователя 29, определяющего время задержки i .

После установления на линии 13 задержки значения, соответствующего максимальному сдвигу, измерения за- вершаются.

Формула изобретения

5

к выходу блока сравнения, а управляющий выход - к блоку управления, о т- личающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и диапазона частот измеряемых шумов, в него введены второй усилитель, два блока слежения-хранения, линия задержки, блок умножения, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, блок нормализации по дисперсии, второй блок сравнения и элемент И, при этом вход второго усилителя объединен с входом первого и подключен к выходу источника шума,

Q информационные входы блоков слежения-хранения подключены соответственно к выходам первого и второго усилителей, управляющие входы - к выходам линии задержки, а выходы 5 к информационным входам блока умножения, при этом выход первого блока слежения-хранения подключен к информационному входу первого блока сравнения , выход блока умножения через интегратор и аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока нормализации по дисперсии, выход которого подключен к входам блоков статистической обработки и второго блока сравнения, опорный вход которого подключен к выходу управления, а выход - к входу элемента И, другой вход которого совместно с вторым входом линии задержки подключен к выходу

0

5

блока управления, причем первый вход линии задержки также подключен к соответствующему выходу блока управления, выход элемента И подключен к входу блока статистической обработки.

1( -

изменяющегося напряжения, вход которого является первым входом линии задержки, а выход подключен к первым входам третьего и четвертого блоков сравнения, выходы которых являются

первым и вторым выходами линии задержки, цифроаналогового преобразователя, вход которого является вторым входом линии задержки, а выход подключен к второму входу четвертого

блока сравнения, источника опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу третьего блока сравнения.

К 29

к5

1

Фаг.

fe.J

Фаг-k