Способ определения величин, характеризующих нестабильность движения магнитного носителя Советский патент 1993 года по МПК G11B27/10 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при иссле- дованиях работы лентопротяжных механизмов в технике магнитной записи.

Цель изобретения - повышение точно сти и достоверности определения величин, характеризующих нестабильность движения.

На фиг.1 приведена схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - экспериментальная зависимость увеличения девиации периода Ти от его величины Тк для различных типов магнитофонов: а) магнитофон Электроника б) магнитофон Ис- сык-Куль на фиг.За приведена спектральная характеристика магнитофона Электроника на фиг.Зб -.магнитофоч

00

о ел

ы

на - приставки Иссык-Куль МПК 101-сте- рео.

Устройство содержит нуль-орган 1 (см.фиг. 1), на вход которого подается измерительная сигналограмма, формирователь импульсов 2, выход которого через схему выделения фронта импульса 3 подключен к схеме управления буферным регистром 4, один из выходов которого соединен с входом схемы выработки сигнала Обращение 5, кварцевый генератор 6, схему синхронизации и управления 7, один выход которой соединен с другим входом схемы выделения фронта импульса 3, а другой выход связан со счетным входом двоичного счетчика-8, информационный выход которого соединен с входом буферного регистра 9, выход которого соответственно через интерфейс параллельного обмена 10 соединен с общей шиной 11 ЭВМ 12. Активизация интерфейса параллельного обмена 10 осуществляется по приходу сигнала Обращение со схемы 5.

Способ с помощью данного устройства осуществляется следующим образом. Воспроизводимая синусоидальная эталонная сигналограмма подается на нуль-орган 1, который переходом из одного крайнего состояния в другое крайнее состояние фиксирует момент времени перехода через ноль измерительного сигнала, т.е. формируется импульсный сигнал, передний фронт которого появляется в момент перехода через ноль измерительной сигналограммы. Под воздействием переднего фронта импульсного сигнала формирователь импульсов 2 вырабатывает сигнал, нормированный по амплитуде и по длительности, который подается на схему выделения переднего фрон- та импульса 3. Указанная схема предназначена для выделения переднего фронта нормированного сигнала в дискретно-фиксируемый момент времени, определяемый высокочастотным сигналом, поступающим с кварцевого генератора 6 через схему синхронизации и управления 7. Эта операция необходима для четкой синхронизации последующих действий с сигналом, Кроме того, схема 3 устраняет повторный запуск устройства до тех пор, пока не закончится полный цикл обработки принятого сигнала. Схема управления и синхронизации 7 передает высокочастотную импульсную последовательность с кварцевого генератора б на счетный вход двоичного счетчика 8, состояние которого дискретно меняется. С другой стороны, схе- м; управления буферный регистром 4 з момент времени обусловленный пг.зленпрм ИЗМГРЧТЙЛЬНШО сигнала вырабатывает сигнал Сброс и Занесение, поступающие на управляющие входы буферного регистра 9. Сигнал Сброс обнуляет буферный регистр 9, а сигнал Занесение обеспечивает размещение в буферном регистре существующее на данный момент времени двоичное состояние счетчика 8. На следующем этапе вырабатывается сигнал Обращение в схеме выработки сигнала

Обращение 5, который активизирует интерфейс параллельного обмена 10. Интерфейс параллельного обмена 10, находящийся под программным управлением ЭВМ обеспечивает передачу двоичного

состояния буферного регистра (т) в заранее определенную ячейку оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) ЭВМ через канал ЭВМ (предполагается, что структура канала - общая шина). В следующую ячейку

ОЗУ ЭВМ заносится следующее состояние буферного регистра обусловленного состоянием двоичного счетчика в момент появления следующего измерительного сигнала (Г + 1). Таким образом осуществляется накопление в памяти ЭВМ массива результатов измерения в необходимом объеме V. Последующие преобразования над элементами массива результатов измерения способствуют выявлению величин,

характеризующих нестабильность движения магнитного носителя возле магнитной головки.

Нестабильность движения возле магнитной головки характеризуется выражением

Ti п +к + 1 -Я

(D

где К 0,1,2...„п

При К 0 получают TI - мгновенный период воспроизводимого сигнала.

Докажем, что период воспроизводимого сигнала может служить изначальной величиной; способствующей оценке составляющих скорости движения магнитного носителя. Принимают, что в процессе записи носитель движется с идеальной постоянной скоростью. Для измерения используют гармонический сигнал

з Im Sincoota.

(2)

Функция масштаба времени F(t) для воспроизводимого сигнала при вредней скорости записи, рягчой средней скорости воспроизведения

F (т ) 1 Ъ г.. г 1{.V)

Воспроизводимый сигнал по ЭДС (I) (без учета знака)

|- Em-sinufc t+/J 5b(t)dt. (4)

При временном методе измерения можно использовать девиацию воспроизведенного периода

tb(t)«t+jjd.b(t)dt.. (5)

При учете составляющих нестабильности скорости, д b(t) получают соответствующие составляющие девиации периода воспроизводимого сигнала; дрейф, детерминированную и случайную. Если

t - Тз const ;(б) переобозначив Tb(t)Ti и д b(t)Ki получают

I/ Ti-Тз Ai

- -

ТзТз

(7)

Г- и воспроизведении записанного гармони . jckoro сигнала с магнитного носителя возникает паразитная амплитудная модуляция с коэффициентом модуляции равным 5 b(t), Следовательно при измерении колебаний скорости временным методом необходимо предусмотреть возможность исключения паразитной амплитудной модуляции. В реальных условиях это может быть достигнуто фиксацией момента появления, сигнала на уровне соответствующего нуле вому сдвигу фазы, Для этого в устройстве, реализующем способ, входной сигнал подается на ноль-орган 1.

По предлагаемому способу осуществляют измерение и представление в цифровой форме момента времени одноименного пё-: рехода через ноль, а не сам Период, Этб . связано с тем, что при К 0 ошибки дискретизации по времени является постоянной и не зависит от величины кратного периода Т|. После ввода результатов измерения tj в ОЗУ ЭВМ имеет массив т.-.

Г |7Г1 . Г2 .... Г| ... tv + l}, (8)

из которого согласно выражению (1) получа- ют массив периодов Т, характеризующих движение магнитного носителя

T {t1,t2 , . . . ti, . . . tv},

(9)

Проведем коррекцию величин входящих в множество Т. Для этого вводят понятие о межинтервальном шаге S. В исходном множестве межинтервальный шаг примерно ра- вен 1, т.е.

S ti / Тз.

(10)

Если это условие нарушается, (а оно может быть нарушено в результате выпадения сигнал aJ.S-o необходимо принять меры по исключению элемента массива ti из множества Т по условию

15

0,5 S 1,5r

(И)

при этом осуществляя коррекцию порядкового номера массива Т, Таким образом устраняется погрешность в оценке движения

магнитного носителя. Достоверность представления точечных оценок связана с объемом выборки V. Применяя методы статистического анализа, (используя правила Старжесса для построения вариационного ряда измерений, сделав предположение о применении в качестве выравнивающей кривой, кривой выраженной законом Гаусса, определив меру расхождения по Пирсону), можно найти необходимый объем

выборки V, чтобы с заданной точностью и надежностью говорить, что выборка Т является представительной. Были проведены оценочные испытания кассетного магнитофона Электроника-302, в результате которых было выявлено, что количество измерений входящих в выражения 8, 9 должно быть

40

V 800

(12)

при заданной точности представления ре- зультатов 2% и достоверности 0,999. Рекомендуется осуществлять измерения и набор массива в размере V 16384 элементов измерения при средней частоте воспроизводимого сигнала f 3,15 кГц. Для множества Т (9) являющимся представительным множеством, определяют точечные оценки. Статистическим аналогом математического

ожидания является среднее арифметическое Тмо:

Т

55

4;i,«:

(13).

С целью устранения эффекта колебания натяжения ленты, которая существенно влияет на точность представления величин, характеризующих нестабильность движений магнитного носителя, предлагается в выражении (7) переопределить Тз ТМо, тогда

;(14)

Ki

Al

I МО

(15)

область с помощью прямого дискретного преобразования Фурье.

Функция изменения K(t) в виде ряда Фурье

i(t)A0-f|j Ajsin() (19). j - 1

Использование: техника магнитной записи, исследование работы лентопротяжных механизмов. Сущность изобретения: воспроизводят эталонную сигналограмму; измеряют и переводят в цифровую форму одноименный момент времени перехода через ноль воспроизведенного сигнала. Накапливают массив результатов измерений в объеме, достаточном для утверждения о представительности выборки. Определяют мгновенные значения назначаемых периодов, корректируют их величины, вычисляют среднее значение периода воспроизведенного сигнала. По разнице между средним и текущим мгновенным значениями перио дов определяют множество мгновенных отклонений скорости движения магнитного носителя. Определяют множество мгновенных коэффициентов колебания скорости носителя, из совокупности которых определяют эффективное и пиковое значения колебания скорости. Из множества мгновенных коэффициентов колебания ско. рости, распределенных по длине носителя спектральным анализом, выявляют амплитудно-частотную характеристику нестабильности движения носителя, которую корректируют характеристикой среднего слухового восприятия. Обратным преобра- зозанием Фурье получают ряд мгновенных значений коэффициентов детонации, из которого определяют эффективное и пиковое значения коэффициентов детонации. 3 ил. ел

Были проведены экспериментальные исследования различных магнитофонов и выявлено неравенство Тз у Тмо. Результаты исследований представлены в таблице.

Исследования проводились для кассетного магнитофона 3-го класса и катушечнбго магнитофона 1-го класса. Измерительная сигналограмма - гармонический сигнал с частотой f 3,15 кГц; объем выработки V 15000 измерений.

Из таблицы видно, что фактор натяжения ленты существенно влияет в некачественном кассетном магнитофоне 3-го класса Электроника 302. . -;

Из множества Т (9) по выражению (15) определяют множество мгновенных коэф фициентов К отклонения от средней скорости

,K2, Кз, ...,Ki,.. . ,KV (16)

Определение коэффициентов колебаний скорости для детерминированных колебаний. Колебание скорости может быть оценено с помощью пикового коэффициента колебания скорости, который определяется -процедурой поиска максимального элемента множества К

KV™ MAX {K1}

(17)

Эффективное (среднеквадратичное) значение коэффициента колебания скорости находят из выражения

(К,);

(18)

При оценке колебаний скорости с помощью коэффициента детонации необходимо учитывать частотную характеристику среднего слухового восприятия частотной модуляции. Функция изменения коэффициентов колебания скорости К, представленная в дискретной форме (16) и распределенная во времени с шагом диск- ретизации ТМо имеет сложный спектральный состав. Для определения спектрального состава этой функции ее переводят из временной области в частотную

10

где Aj - амплитуда j гармоники ряда Фурье. Постоянную составляющую ряда можно определить из выражения

1 v

АО 77-2 KI i 1

Амплитуда j-ой гармоники

(20)

Aj V (Aj )2+ (Aj)2.

(21)

где. Aj - синусная составляющая j-й гармо- ники;

косинусная составляющая j-й гармоники,

. Эти величины можно определить из выражений

AJ

-1 $. / iL

V

Kj sin j a) ;

(22)

Aj

-1 V &

J 1

KJ cos j (t) .

Для учета частотной характеристики среднего слухового восприятия переопределяют амплитуду j-гармоники из условия, что она обладает собственной частотой

Ajd Aj -Кк

(23)

где Кк нормированное значение коэффициента пропускания взвешивающего-фильтра j-й составляющей спектра колебаний скорости,

Функция коэффициента детонации обладает линейчатым спектром частот j сое амплитудами

K3(t) Ao+J (jO t+VJk)(24)

j i

Представляют функцию коэффициента детонации во временной области КЗ (t), для этого из предыдущего выражения определяют мгновенное значение коэффициента детонации в каждый момент времени Т(9) с шагом дискретизации Тмо (13). Получают множество К

/о

КЭ {Ка 1, 2. КЗ з.... «a v},(25) 5

которое позволяет найти пиковое и эффективное значения коэффициента детонации. Пиковый коэффициент детонации находят из множества Кб10

ка пик - МАХ {ка к

Эффективное (среднеквадратичное) значение коэффициента детонации15

ТТ / 2/

(ка);

(27)

Существенным моментом в повышении точности определения оценок, характеризующих нестабильность движения магнитного носителя, является использование в выражении К Ј0, Практически это означает, .что кратно увеличивается период исследуе- мого угнала, а следовательно, увеличивается девиация периода. На фиг,2 отражена экспериментальная зависимость увеличения девиации периода Ти от его величины Т« для различных типов аппаратов магнитной записи а) магнитофон Электроника б) магнитофон Иссык-Куль 101). Но необходимо иметь в виду, что спектральный состав исследуемых аппаратов магнитной записи накладывает ограничения на величи- ну периода, т.е. фактически на частоту дискретизации исследуемого процесса. Это ограничение математически определено теоремой, Котельникова. Возможность ис- пользовать такой подход опирается на предположение об ограниченном частотном спектре измеряемого процесса нестабильности движения магнитного носителя. Это предположение подкрепляется экспериментально снятыми частотными свойствами некоторых бытовых аппаратов магнитной записи, что нашло свое отражение на фиг.З.

Увеличение точности и достоверности определения пикового и эффективного (среднеквадратичного) коэффициента нестабильности, а также пикового и эффективного коэффициента детонации осуществляется совокупностью применяемых признаков, каждый из которых вносит свой вклад в конечный результат:

возможность использования прогрессирующего характера девиации периода;

5

10

15

30

45

50

55

за счет использования метода текущих отсчетов осуществляется исключение накопления ошибки дискретизации по времени;

исключение эффекта вытягивания ленты;

полный учет возможного выпадения сигнала из воспроизведенной сигналограм- мы;

представительность выборки;

полный и предельно точный учет частотной характеристики среднего слухового восприятия;

исключение паразитной амплитудной модуляции.

В качестве базового элемента устройства можно использовать микро-ЭВМ семейства ЕС или Электроника-60, обладающие достаточными вычислительными мощностями, объемами оперативной памяти и скоростью вычисления. При использовании в составе устройства микро-ЭВМ Электрр- ника-60 в качестве интерфейса рекомендуется устройство прямого доступа в память ИЗ. Из семейства микро-ЭВМ ЕС предпочтительнее использовать микро-ЭВМ ЕС- 1841. Тогда для разработки интерфейса можно рекомендовать микропроцессорный набор 580-й серии.

Экспериментальные исследования показали, что при задающей тактовой частоте кварцевого генератора больше 1 мГц (1-10 мГц) можно получить точность представления результатов измерения около 3%. Лучшие отечественные приборы ИКС или ЗИ имеют основную погрешность измерения колебания скорости 5 и 10% соответственно. Такие зарубежные приборы как 8300 (США) или КМТ-24 (ФРГ) имеют основную погрешность измерения 10%.

Формула изобретения

Способ определения величин, характеризующих нестабильность движения маг- нитного носителя, при котором воспроизводят синусоидальную эталонную сигналограмму, переводят воспроизведенный аналоговый сигнал в цифровую форму, накапливают массив воспроизведенных сигналов в цифровой форме, а также вычисляют коэффициент колебания скорости движения магнитного носителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения величин, характеризующих нестабильность ДЁИЖСНИЯ, после воспроизведения эталонной сигна- лограммы измеряют и переводят в цифровую форму одноименный момент времени перехода через ноль воспроизведенного сигнала, затем накапливают массив результатов измерения в объеме, достаточном для

утверждения о представительности выборки, определяют мгновенные значения назначаемых периодов, корректируют их величины, вычисляют среднее значение периода воспроизведенного сигнала, определяют множество мгновенных отклонений скорости движения магнитного носителя путём нахождения разницы между средним и текущими мгновенными значениями периодов, определяют множество мгновенных коэффициентов колебания скорости движения магнитного носителя, из совокупности которых вычисляют эффективное и пиковое значения колебания скорости, из множестcpttz.L

ва мгновенных коэффициентов колебания скорости, распределенных по длине магнитного носителя, дискретным спектральным анализом выявляют амплитудно-частотную

характеристику нестабильности движения магнитного носителя, которую корректируют характеристикой среднего слухового восприятия, после чего используя обратное преобразование Фурье, вычисляют ряд

мгновенных значений коэффициентов детонации, из которого определяют эффективное и пиковое значения коэффициентов детонации.

fUC

w

0

/M -#

4

ч

«ЙН

2&& Q& ЈSOff SM0 MX&

a.

W /J

11

ft-S/2f

Ј W

4Щ

.iilllir.i-i.i.-i|l.

л

Редактор

Составитель С.Ильчук

Техред М.МоргенталКорректор А. Козориз

//ГЛКГ

11

hhlli

ни i

«9 frq

л

fiia.3