Способ разделения спектральных составляющих информационного сигнала и помех Советский патент 1991 года по МПК G11B27/19 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения помехоустойчивости измерений, выполняемых с использованием промежуточной магнитной записи информационных сигналов, в различных областях науки и техники, например в акустике при измерении спектров вибрации машин, механизмов, элементов конструкции транспортных средств с целью их технической диагностики.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости.

На фиг.1 показана структурная схема измерительного тракта, реализующего способ; на фиг.2 - спектрограмма низкочастотного участка спектра воспроизведенного сигнала; на фиг.З - спектрограмма участка

спектра сигнала, повторно воспроизведенного с того же участка магнитной ленты; на фиг.4 и 5 - спектрограммы воспроизведенного синусоидального сигнала.

Запись информационных сигналов на магнитную ленту производится на магни- товолне любого типа в соответствии с применяемыми методиками записи измерительной информации. Воспроизведение и анализ сигнала производится с использованием измерительного тракта, структурная схема которого представлена на фиг.1. Тракт представляет собой последовательное соединение магнитофона 1, спектро- анализатора 2 и регистратора 3 результата анализа.

Начало воспроизведения сигнала фиксируется меткой на магнитной ленте либо по

к

VI

к

ю

счетчику ленты на магнитофоне 1. Воспроизведенный сигнал анализируется спектре- анализатором 2 (измеряется спектр амплитуд или спектр мощности), результат анализа выводится на регистратор 3. После первого цикла воспроизведения и анализа выполняют операцию перемотки ленты магнитофона t. При этом желательно перемотать назад больше, чем было воспроизведено, остановить ленту, а затем перемотать вперед до отмеченного в первом цикле воспроизведения показания счетчика ленты. Далее повторяют цикл воспроизведения спектрального анализа сигнала и регистрации результата анализа. Такие циклы воспроизведения и анализа повторяют не менее двух раз, после чего сравнивают полученные спектрограммы.

При сравнении выявляют две группы спектральных составляющих: спектральные составляющие, амплитуды которых не изменяются от одного цикла анализа к другому, а также спектральные составляющие, амплитуды которых различаются в полученных результатах

Можно применять различные способы сравнения полученных спектрограмм - визуальное сравнение графиков (фиг.2 - 3 и 4 - 5) и вычитание одной спектрограммы из другой. Составляющие, имеющие одинаковые уровни, дадут разность, равную нулю.

Кроме того, можно применять деление одной спектрограммы на другую (например, с использованием анализаторов типа 2031, 2033 фирмы Брюль и Къер). Составляющие, имеющие одинаковые уровни, дадут частное, равное единице. Чем больше число циклов воспроизведения и анализа, тем точ- .нее результат. Однако опыт показывает, что после 5-7 циклов достоверность результатов не увеличивается.

Явления проскальзывания в деталях снижают изменчивость уровней спектральных составляющих влияния колебания скорости ленты (КСЛ). Поэтому с целью уменьшения времени каждого измерения целесообразно измерять мгновенные спектры, т.е. без усреднения спектров по ансамблю реализации.

Первую группу считают принадлежащей записанному на ленту информационному сигналу, а вторую относят к помехе, порожденной колебаниями скорости ленты магнитофона. Следовательно, при дальнейшем анализе свойств информационного сигнала учитывают только первую группу спектральных составляющих, чем и достигается повышение помехоустойчивости измерений. Из изложенного также следует, что предложенный способ не требует записи на

ленту специальных сигналов, чем достигается повышение плотности записи измерительной информации.

Математическое доказательство peaлизуемости способа заключено в выражении, описывающем выходной сигнал на выходе канала ЧМ-записи. При выходе этого выражения предполагают, что «-колебания скорости ленты в режимах записи и

0 воспроизведения синусоидальные, частота колебаний равна Q , коэффициенты КСЛ равны а (паразитной амплитудной модуляцией, порожденной КСЛ. можно пренебречь).

5 В результате получают сигнал на выходе ЧМ-канала в виде

еь(0 /А(Др)ооб Ql+ii() 0 -all(a)QQS(2Qt-f b)-baJl(a) - m - sin jftJfc t + А(Др) Sin

Qt+V(Ap)} -||aJi(a)sJn(2Qt+vb) + (a).(1)

где A( Д$р ) - амплитуда составляющей с 0 частотой Q;

V(Ay) начальная фаза составляющей с частотой Q;

Ду (р5 - фь) разность начальных фаз КСЛ в режимах записи и воспроизведения;

m - коэффициент пропорциональности; A f - полезная девиация несущей;

to - несущая частота;

out - частота записываемого сигнала:

Ji(a) - коэффициент функции Бесселя.

Начальная фаза КЛС зависит от взаимного углового расположения деталей лентопротяжного механизма, таких как направляющие ролики, шкивы ременных или фрикционных передач и т.д.

В процессе остановки лентопротяжного механизма происходит, вследствие инерционности деталей, неизбежное угловое смещение их друг относительно друга, что и п приводит к изменению разности начальных фаз колебаний скорости ленты в режимах записи и воспроизведения. Вследствие этого, как следует из выражения (1), изменяются амплитуды спектральных составляющих как аддитивного шума, описываемого первым слагаемым формулы (1), так и паразитного частотно-модуляционного обрамления сигнала с частотой од , описываемого аргументом синуса, последняя фигурная скобка выражения (1)

5

0

5

Выражением (1) дается описание сигнала на выходе канала ЧМ-записи. При паразитной задержке выходной сигнал описывается только вторым слагаемым этого выражения. Следовательно, способ позволяет кв этом случае выявить составляющие паразитной частотной модуляции (ПЧМ).

На фиг.2 и 3 представлены результаты спектрального анализа низкочастотного участка спектра воспроизведенного сигнала. В качестве информационного сигнала использована последовательность прямоугольных импульсов с частотой следования 8,6 Гц. Из сравнения фиг.2 и 3 следует, что амлитуды спектральных составляющих сигнала не изменяют свою амплитуду от одного цикла воспроизведения к второму, а амплитуды других составляющих изменяются, что и свидетельствует о реализуемости спосо- ба.

На фиг.4 и 5 представлены результаты спектрального анализа двух циклов воспроизведения ЧМ-сигнала частотой 975 Гц, Из сравнения этих спектрограмм видко.что ам- плитуды сигнала с частотой 975 Гц (отмечены знаком V) сохраняют свою величину, амлитуды составляющих ПЧМ изменяются от цикла к циклу. Из (1) следует, что при изменениии Ду изменяется индекс ПЧМ,

а это приводит, к изменению уровня несущей с частотой u)fc в спектре ЧМ-сигнала, но вследствие малости индекса ПЧМ это влияние незначительно.

Формула изобретения Способ разделения спектральных составляющих информационного сигнала и помех, вызванных колебаниями скорости ленты магнитофона, заключающийся в воспроизведении сигнала с магнитной ленты и его спектральном анализе, отличающий- с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, операции воспроизведения сигнала с магнитной ленты с одновременным измерением его мгновенного спектра выполняют повторно на тех же участках магнитной ленты после перемотки магнитной ленты между этими циклами воспроизведения и спектрального анализа, сравнивают результаты спетрального анализа и принимают относящиеся к воспроизведенному информационному сигналу спектральные составляющие, амплитуды которых постоянны по всем результатам анализа, а те спектральные составляющие, амплитуды которых различаются в полученных результатах анализа, относят к помехам, связанным с колебаниями скорости движения денты магнитофона.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в областях науки и техники, где производится промежуточная запись измерительных данных на аналоговые аппараты магнитной записи, - прикладной акустике, сейсмологии, медицине, при анализе вибраций машин и механизмов. Новым в способе является то, что с целью повышения помехоустойчивости измерений характеристик воспроизводимого с магнитной ленты информационного сигнала путем выявления спектральных составляющих, порожденных колебаниями магнитной ленты, производится многократное воспроизведение одной и той же записи информационного сигнала с магнитофона с одновременным спектральным анализом воспроизводимых сигналов. Между циклами воспроизведения производится операция перемотки магнитной ленты. По результатам спектрального анализа спектральными составляющими, принадлежащими информационному сигналу, считают те, амплитуды которых не различаются от цикла к циклу воспроизведения, те составляющие, которые имеют отличные амплитуды, считают принадлежащими помехам, порожденным колебаниями скорости движения ленты.5 ил. ш Ё

фиг.1

30

А(д5

тгц

AHS)

Фиг. 5