Анализатор спектра Советский патент 1992 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к анализаторам спектра, работа которых основана на методе синхронной фильтрации.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Схема анализатора спектра представлена на чертеже.

Анализатор содержит электронные перемножители 1, 2, генератор 3 моногармонических ортогональных сигналов (ГМОС), фильтры 4, 5 низких частот (ФНЧ), аналого- цифровые преобразователи (АЦП) 6,7, генератор 8 тактовых импульсов (ГТИ), запоминающие регистры 9-16, цифровые компараторы 17-20, цифровые арифметические устройства 21,22,цифровые устройст- ва сравнения 23, 24, элемент И 25, триггер 26, одновибратор 27, регистратор в виде

цифровой вычислительной машины (ЦВМ) 28 и регистрирующей аппаратуры 29.

Исследуемый сигнал подается на первые входы электронных перемножителей 1, 2. Первый выход ГМОС 3 подключен к второму входу электронного перемножителя 1, второй выход ГМОС 3 подключен к второму входу электронного перемножителя 2. Управляющий вход ГМОС 3 подключен к первому выходному порту ЦВМ 28. Регистрирующая аппаратура 29 подключена к второму выходному порту ЦВМ 28. Выходы электронных перемножителей 1, 2 подключены соответственно к входам ФНЧ 4, 5. Выходы ФНЧ 4, 5 подключены соответственно к входам АЦП 6, 7. Управляющий вход ГТИ 8 подключен к третьему выходному порту ЦВМ 28, первый выход ГТИ 8 подключен к стробирующим входам АЦП 6, 7 и к первым тактовым входам запоминающих

XJ

CJ

CJ СП XI

регистров 9-16, второй выход ГТИ 8 подключен к третьему входу элемента И 25, третий выход ГТИ 8 подключен к второму входу сброса триггера 26 и к третьему входному порту ЦВМ 28. Выход АЦП 6 подклю- чен к информационным входам регистров 9-12 и к первым входам цифровых компараторов 17, 18. Выход АЦП 7 подключен к информационным входам регистров 13-16 и к первым входам цифровых компараторов 19,20. Выход регистра 9 подключен к второму входу цифрового компаратора 17 и к первому входу арифметического устройства 11. Выход регистра 10 подключен к второму входу цифрового компаратора 18 и к второ- му-входу арифметического устройства 21. Выход регистра 11 подключен к второму входу устройства сравнения 23. Выход регистра 13 подключен к второму входу устройства сравнения 24. Выход регистра 14 подключен к третьему входу устройства сравнения 24. Выход регистра 15 подключен к второму входу цифрового компаратора 19 и к первому входу арифметического устройства 22. Выход регистра 16 подклю- чен к второму входу цифрового компаратора 20 и к второму входу арифметического устройства 22. Выход арифметического устройства 21 подключен к первому входу устройства сравнения 23 и к первому входному порту ЦВМ 28. Выход арифметического устройства 22 подключен к первому входу устройства сравнения 24 и к второму входному порту ЦВМ 28. Прямой выход компаратора 17 подключен к первым входам разрешения записи регистров 9 и 13. Инверсный выход компаратора 18 подключен к первым входам разрешения записи регистров 10 и 14. Прямой выход компаратора 19 подключен к первым входам разрешения записи регист- ров 11, 16. Выходы устройств сравнения 23, 24 подключены соответственно к первому и второму входам элемента И 25. Выход элемента 1/1 подключен к первому входу сброса RS-триггера 26. Вход установки RS-триггера 26 подключен к четвертому выходному порту ЦВМ 28. Выход триггера 26 подключен к входу одновибратора 27, четвертому входному порту ЦВМ и к вторым входам разрешения записи регистров 9-16. Инверсный выход одновибратора 27 подключен к вторым тактовым входам регистров 9-16.

Анализатор работает следующим образом.

Сигнал на входах электронных перемно- жителей 1, 2, состоящий из исследуемого периодического сигнала и сосредоточенной помехи можно представить в виде ряда Фурье как

U (t) 2, Ai sin (coo I t + pi) +

i 1

+ 2, BJ sin (од j t + p} J 1

где 2) AI sin (ctfe i t +(/) - исследуемый i 1

периодический сигнал;

2, BJ sin (ад j t + P}) - сигнал поме- 1 1 хи.

Электронные перемножители 1, 2 перемножают сигнал на опорные моногармонические ортогональные сигналы с выходов генератора 3 с-sin (Oot и с cos оы. На выходах электронных перемножителей при этом получают сигналы Ui(t) и U2(t), где

и ,( IJiW l -5Ai-c-5in(u)e,-cj0)t)tifi).,.c-5;n|a0bu0)t+t(i;)(i8s-c-sin((uli-u01tt4i)4eic.Bin(ftj,itQe)l+Vj.))j

W S( cos Uoi-UoHt j+iAi-c-cosfcAjHUoltt ;)U

+ I |ej-e-cos((o1j.ueltt4)iJ+iBi-c-«((wli+u 1)t+Qj))1

Фильтры низких частот 4, 5 ограничивают сигналы Ui(t) и U2(t) в частотной области от 0 до . Сигналы на выходах фильтров 4, 5 L)4(t) и Us(t) будут иметь вид

lU(t) 7j-Aj -С sin (f +тЈ BJ С «

« sin ( - o)0)l ):

U5(t) |- Ai С cos pi + Bi С

11 COS (((Ш1 - Uo) t + pi) .

АЦП 6, 7 преобразуют сигналы U/j(t) и Us(t) в цифровой код с частотой преобразования, определяемой частотой тактовых импульсов fn с первого выхода ГТИ 8. В начале процесса измерения сигнал пуска с четвертого выходного порта ЦВМ 28 поступает на вход установки RS-триггера 26, который при этом срабатывает, и сигнал с выхода RS- триггера поступает на вторые входы разрешения записи регистров 9-16 и разрешает запись информации с выходов АЦП 6, 7 в регистры 9-16, а также запускает одновиб- ратор 27. Сигнал с выхода одновибратора поступает на вторые тактовые входы регистров 9-16 и осуществляет начальную запись информации в эти регистры. Цифровой компаратор 17 сравнивает текущее значение сигнала на выходе АЦП 6 и значение, хранящееся в регистре 9. Если текущее значение

больше, чем хранящееся в регистре, то сигнал с прямого выхода компаратора 17 разрешает запись новых значений с выходов АЦП 6, 7 соответственно в регистры 9 и 13. Цифровой компаратор 18 сравнивает теку- щие значения сигнала на выходе АЦП 6 и значение, хранящееся в регистре 10. Если текущее значение меньше, чем хранящееся в регистре, то сигнал с инверсного выхода компаратора 18 разрешает запись новых значений с выходов АЦП б, 7 соответственно в регистры 10 и 14, Запись в регистры осуществляется по сигналу на первых тактовых входах регистров с первого выхода ГТИ 8. Таким образом осуществляется поиск максимального и минимального значений сигнала в первом канале обработки, а также значений сигнала во втором канале обработки в те моменты времени, когда сигнал в первом канале был максимален или мини- мален. Аналогично работают компараторы 19, 20 и регистры 11, 12, 15, 16.

Если время измерения превышает велиО тг

чину Ш1 а)о , в регистрах 9-16 будут хра- ниться соответственно значения

U,A,-c.6lnq),6).c/;Ulu A. C.5incf1-5BiC) U.rTjA-cslnqv, IV Avfrsincp,} U,,-c.coscf() U.-ccoscf.j Ui6-|-A,-ccos l+iB1.cJU,fi -A1-c-co5(fI-iB1.c.

Арифметические устройства 21 и 22 определяют полусумму значений, хранящихся соответственно в регистрах 9, 10 и 15, 16. При этом на выходах арифметических устройств соответственно будут значения

U21 Ui+Uio Al.c 8lnpi:

Ua .c.

Устройство сравнения 23 сравнивает цифровые коды с выходов арифметического устройства 21 и регистров 11, 12. Аналогично работает устройство сравнения 24, Если цифровые коды на входах устройств сравнения равны, то4 на их выходах появляется высокий уровень и очередной тактовый импульс с второго выхода ГТИ 8 проходит через элемент И 25 и сбрасывает RS-триггер 26 в исходное состояние. Сигнал с выхода триггера поступает на четвертый входной порт ЦВМ 28, сигнализируя об окончании процесса измерения. При этом ЦВМ осуществляет через первый и второй входные порты прием данных с выходов арифметических

5 10 15 0

5

0

5

0

5 0 5

устройств, производит их дальнейшую обработку по известным алгоритмам и выводит результаты на регистрирующую аппаратуру 29. Период сигнала с третьего выхода ГТИ 8 определяет максимально допустимое время измерения. Если в процессе получается ошибочный результат и равенство величин на входах устройств сравнения 23 и 24 не будет достигнуто, сигнал с третьего выхода ГТИ 8 сбрасывает RS-триггер 26 в исходное состояние и поступает на третий входной порт ЦВМ, сигнализируя об ошибке в измерениях. Формула изобретения Анализатор спектра, содержащий генератор моногармонических ортогональных сигналов, две цепи из последовательно включенных с входом устройства электронного перемножителя, фильтра низких частот и аналого-цифрового преобразователя, и регистратор, первый и второй входы генератора моногармонических ортогональных сигналов подключены соответственно к вторым входам первого и второго электронного перемножителей, управляющий вход генератора моногармонических ортогональных сигналов подключен к первому выходу регистратора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, анализатор снабжен восемью запоминающими регистрами, четырьмя цифровыми компараторами, двумя цифровыми арифметическими устройствами, двумя цифровыми устройствами сравнения, логическим элементом И, RS-триггером, одновибратором и генератором тактовых импульсов, управляющий вход генератора тактовых импульсов подключен к второму выходу регистратора, первый выход генератора тактовых импульсов подключен к стробирующим входам аналого-цифрового преобразователя и к первым тактовым входам запоминающих регистров, второй выход генератора тактовых импульсов подключен к первому входу элемента И, третий выход - к первому входу сброса RS- триггера и к первому входу регистратора, выход первого аналого-цифрового преобразователя подключен к информационным входам первого, второго, третьего и четвертого запоминающих регистров и к первым входам первого и второго цифровых компараторов, выход второго аналого-цифрового преобразователя подключен к информационным входам пятого, шестого и восьмого запоминающих регистров и к первым входам третьего и четвертого цифровых компараторов, выход первого запоминающего регистра подключен к второму входу первого цифрового компаратора и к первому входу первого цифрового арифметического устройства, выход второго запоминающего регистра подключен к второму входу второго цифрового компаратора и к второму входу первого цифрового арифметического устройства, выход третьего запоминающего регистра подключен к первому входу первого цифрового устройства сравнения, выход четвертого запоминающего регистра подключен к второму входу первого цифрового устройства сравнения, выход пятого запоминающего регистра подключен к первому входу второго цифрового устройства сравнения, выход шестого запоминающего регистра подключен к второму входу второго цифрового устройства сравнения , выход седьмого запоминающего регистра подключен к второму входу третьего цифрового компаратора и к первому входу второго цифрового арифметического устройства, выход восьмого запоминающего регистра подключен к второму входу четвертого цифрового компаратора и к второму входу второго цифрового арифметического устройства, выход первого цифрового арифметического уст- ройства подключен к третьему входу первого цифрового устройства сравнения и к второму входу регистратора, выход второго

цифрового арифметического устройства подключен к третьему входу второго цифрового устройства сравнения и к третьему входу регистратора, выход первого цифрового компаратора подключен к первым входам разрешения записи первого и пятого запоминающих регистров, выход второго цифрового компаратора подключен к первым входам разрешения записи второго и шестого запоминающих регистров, выход третьего цифрового компаратора подключен к первым входам разрешения записи четвертого и седьмого запоминающих регистров, выход четвертого цифрового компаратора подключен к первым входам разрешения записи третьего и восьмого запоминающих регистров, выходы цифровых устройств сравнения подключены соответственно к второму и третьему входам элемента И, выход элемента И подключен к второму входу сброса RS-триггера, вход установки RS- триггера подключен к третьему выходу регистратора, выход RS-триггера подключен к входу одновибратора, к четвертому входу регистратора и к вторым входам разрешения записи всех запоминающих регистров, выход одновибратора подключен к вторым тактовым входам всех запоминающих регистров.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в анализаторах спектра, работающих на методе синхронной фильтрации. Цель изобретения - повышение быстродействия. Цель достигается введением в устройство восьми запоминающих регистров 9-16, четырех цифровых компараторов 17-20, двух цифровых арифметических устройств 21 и 22, двух цифровых устройств 23 и 24 сравнения, логического элемента И 25, RS-триггера 26, одновибратора 27 и генератора 8 тактовых импульсов. Устройство содержит также перемножители 1 и 2, фильтры 4 и 5 нижних частот, аналого-цифровые преобразователи 6 и 7, генератор 3 моногармонических ортогональных сигналов, цифровую вычислительную машину 28 и регистрирующую аппаратуру 29. 1 ил.