Спектральный анализатор Советский патент 1990 года по МПК G01R23/16 

26

т

2J

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для спектрального анализа вибраций механизмов..

Целыо изобретения является расширение динамического диапазона анализа

На чертеже представлена блок-схе- ма предлагаемого анализатора, tO

Спектральный анализатор содержит переключатель 1, усилители 2-4, преобразователь 5 кодов, фильтр 6 нижних частот /ФНЧ), фильтр 7 верхних частот (ФВЧ), ФНЧ 8, ФВЧ 9, индикато- 1-5 ры перегрузки, полосовые фильтры 13,13, квадраторы 14,,-14W, интеграторы 35j|- 5t|, коммутатор 16, АЦП 17, блок 18 вычитания, блок 19 индикации, блок 20 управления, вход 20 21, выход 22 и управляющий вход 23, при этом вход 21 соединен с первым и шестым входами переключателя 1, пер вый, второй и третий выходы которого подключены к входам усилителей 2-4 25 соответственно, четвертый выход переключателя 1 соединен с первым входом преобразователя 5 кодов, второй, третий и четвертый входы которого подключены к вторым выходам усилите- JQ лей 2-4 соответственно, первый выход усилителя 2 соединен с входами ФНЧ 6, индикатора 10 перегрузки и полосовых фильтров первой группы,первый выход усилителя 3 подключен к входам ,5 ФВЧ 75 ФНЧ 8, индикатора И перегрузки и полосовых фильтров второй группы, первый выход усилителя 4 соединен с входами ФВЧ 9, индикатора 12 перегрузки и поло- 4Q совых фильтров 13M-13N- третьей группы, второй, третий, четвертый и пятый входы переключателя 1 подключены соответственно, к выходам ФВЧ 7, ФНЧ 6, ФВЧ 9 и ФНЧ 8, а его седьмой вход - 45 к нулевому потенциалу, выход каждого из -полосовых фильтров через соответствующие последовательно соединенные детектор 14 и интегратор 15 подключен к соответствующему входу еп коммутатора 16, выход которого соединен с входом АЦП 17, выход последнего подключен к первому входу блока 18 вычитания, второй вход которого соединен с выходом преобразователя 5 кодов, пятый вход которого переключен к первому выходу блока 20 управления, втврой выход которого соединен с управляющим входом коммутатора 16

55

Q 5 Q 5 п

5

а его третий выход - с управляющим входом АЦП 17, выход блока 18 вычитания подключен к входу блока 19 индикации и выходу 22 спектрального анализатора, управляющий вход 23 которого соединен с входом блока 20 управления.

Анализатор работает следующим образом .

Анализируемый сигнал поступает на вход 21 анализатора и далее на первый и шестой входы переключателя 1. Последний устанавливается в одно из двух положений в зависимости от спектра анализируемого сигнала. При анализе сигналов со спектром, возрастающим с ростом частоты,переключатель 1 устанавливается в положение, изображенное на чертеже. В этом случае сигнал поступает сначала на вход усилителя 2, коэффициент усиления которого устанавливается таким, чтобы обеспечивалось максимальное без перегрузки усиление сигнала. Перегрузка усилителя 2 фиксируется индикатором 10 перегрузки, ц,

С выхода усилителя 2 сигнал поступает на входы группы полосовых фильтров 13 -13-j, каждый из которых выделяет определенный участок в высокочастотной части спектра сигнала. Таким образом, обеспечивается согласование уровней высокочастотных составляющих спектра сигнала с верхней границей динамического диапазона высокочастотных полосовьгх фильтров 13 -13-j. Кроме того, сигнал с выхода усилителя 2 поступает также на вход ФНЧ 6, который отфильтровывает (пропускает на свой выход) среднечастот- ные и низкочастотные составляющие сигнала. Эти спектральные составляющие подвергаются дополнительному усилению. С этой целью сигнал, поступающий с выхода ФНЧ 6 на третий вход переключателя 1, подается с второго выхода последнего на вход усилителя 3, коэффициент усиления которого устанавливается таким, чтобы обеспечивалось максимальное, без перегрузки усиление сигнала. Перегрузка усилителя 3 фиксируется индикатором 11 перегрузки. С выхода усилителя 3 сигнал поступает на входы группы полосовых фильтров , каждый из которых выделяет определенный участок в сред- нечастотной части спектра сигнала. Таким образом, обеспечивается соглясование уровней среднечастотных сос- тавляющих спектра сигнала с верхней границей динамического диапазона среднечастотных полосовых фильтров

Зк- З,.

Кроме того, сигнал с выхода усилителя 3 поступает также на вход ФНЧ 8, который отфильтровывает низкочастотные составляющие сигнала. Эти спектральные составляющие подвергаются дополнительному усилению, с этой целью сигнал, поступающий с выхода ФНЧ 8 на пятый вход переключателя 1, подается с третьего выхода последнего на вход усилителя 4, коэффициент усиления которого устанавливается таким, чтобы обеспечивалось максимальное без перегрузки усиление сигнала. Перегрузка усилителя 4 фиксируется индикатором 12 перегрузки. С выхода усилителя 4 сигнал поступает на входы группы полосовых фильтров , каждый из которых выделяет определенный участок в Низкочастотной части спектра сигнала. Таким образом, обеспечивается согласование уровней низкочастотных составляющих спектра сигнала с верхней границей динамического диапазона низкочастотных полосовых фильтров 13М-13Ы.

При анализе сигналов со спектром, спадающим с ростом частоты, переключатель 1 устанавливается в противоположное положение. При этом сналача обеспечивается согласование уровней низкочастотных составляющих спектра сигнала с верхней границей динамического диапазона низкочастотных полосовых фильтров . С этой целью сигнал, поступающий на шестой вход переключателя 1, подается с третьего выхода последнего на вход усилителя 4. Усиленный сигнал с выхода усилителя 4 поступает на входы группы полосовых фильтров , а такжеуна вход ФВЧ 9, который отфильтровывает среднечастотные и высокочастотные спектральные составляющие сигнала. Эти спектральные составляющие подвергаются дополнительному усилению. С этой целью сигнал, поступающий с выхода ФВЧ 9 на четвертый вход переключателя 1, подается со второго выхода последнего на вход усилителя 3. Усиленный сигнал с выхода усилителя 3 поступает на входы группы полосовых фильтров 13к-13,.а также на вход ФВЧ 7, который отфильтровывает высокочас

5

0

0

0

5

тотные спектральные составляющие сигнала. Эти спектральные составляющие подвергаются дополнительному усилению. С этой целью сигнал, поступающий с выхода ФВЧ 7 на второй вход переключателя I, подается с первого выхода последнего на вход усилителя 2. Усиленный сигнал с выхода усилителя 2 поступает на входы группы полосовых фильтров 13,,-13-j.

При этом анализе сигналов с равномерным спектром переключатель 1 устанавливается в любое из двух положений. В зависимости от положения пере- клЬчателя 1 усилитель 2 или 4 устанавливают в положение, обеспечивающее максимальное, без перегрузки усиление сигнала, а остальные усилители - в положение, обеспечивающее передачу сигнала без его усиления. Таким образом, обеспечивается согласование уровней составляющих спектра с верхней границей динамического диапазона

5 полосовых фильтров . При этом коды коэффициентов усиления спектральных составляющих каждого из частотных поддиапазонов формируются преобразователем 5 кодов.

Последующая обработка сигнала заключается в выделении отдельных участков спектра сигнала с помощью совокупности полосовых фильтров . Затем сигналы с выходов полосовых фильтров возводятся в квадрат с помо5 щью квадраторов и усредняются с помощью интеграторов . Полученные значения уровней сигнала в каждой из N частотных полос поступают каждый на соответствующий вход коммутатора 16. Последний в зависимости от кода, поступающего на его управляющий вход, подключает сигнал, поступающий на один из его входов, к входу АЦП 17. Управление коммутатором 16 и АЦП 17, а также преобразователем 5 кодов осуществляется блоком 20 управления.

Формула изобретения

Спектральный анализатор, содержащий N каналов обработки, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных полосового фильтра, квадратора и интегратора, коммутатор, входы которого подключены к выходам интеграторов всех каналов, аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом коммутатора, блок управления и блок индикации, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона анализа, в него введены переключатель, три усилителя с программируемым коэффициентом усиления, три индикатора перегрузки, дв фильтра нижних частот, два фильтра верхних частот, преобразователь ко- дов и блок вычитания, при этом вход анализатора соединен с первым входом переключателя, первый выход которого через первый усилитель соединен с входами первой группы каналов обра- ботки, первого индикатора перегрузки и первого ФНЧ, второй выход переключателя подключен к входу второго усилителя, первый выход которого соединен с входами второй группы каналов обработки, второго индикатора перегрузки, второго фильтра нижних час- тот, фильтра верхних частот, выход . которого подключен к второму входу переключателя, третий вход которо- го соединен с выходом первого фильтра нижних частот, третий выход переключателя подключен к входу третьего уси лителя, первый выход которого соединен с входами третьей группы каналов обработки, третьего индикатора перегрузки и второго фильтра высших частот, выход которого подключен к четвертому входу переключателя $ пятый и шестой входы которого соединены с выходом второго фильтра верхних частот и входом анализатора соответственно, седьмой вход переключателя подключен к общей шине, а его четвертый выход - к первому входу преобразователя кодов, вторые выходы первого, второго и третьего усилителей - подключены соответственно к второму, третьему и четвертому входам преобразователя кодов, пятый вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, вход блока управления соединен с управляющим входом анализатора, а его третий выход - с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом преобразователя кодов, выход блока вычитания подключен к входу блока индикации и к выходу анализатора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для спектрального анализа вибраций механизмов. Цель изобретения - расширение динамического диапазона анализа - достигается введением в спектральный анализатор переключателя 1, усилителей 2,3 и 4 с программируемым коэффициентом усиления, индикаторов 10,11 и 12 перегрузки, фильтров 6 и 8 нижних частот, фильтров 7 и 9 высших частот, преобразователя 5 кодов, блока 18 вычитания. Спектральный анализатор содержит также N каналов обработки, которые содержат полосовые фильтры 13 1-13 N, квадраторы 14 1-14 N и интеграторы 15 1-15 N, а также коммутатор 16, аналого-цифровой преобразователь 17, блок 20 управления и блок 19 индикации. 1 ил.