Устройство для измерения спектров переходных процессов Советский патент 1978 года по МПК G01R23/00 

мгновенный спектр переходного процесса; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства в режиме воспроизведения и вторичной регистрации спектрального сигнала.

Устройство содержит в своем составе анализатор 1 спектра одновременного действия, предназначенный для измерения спектров исследуемых сигналов и двухканальный магнитный регистратор (МР) с кольцевой протяжкой ленты. Входом устройства является .входная цепь анализатора 1. Первый канал МР, состоящий из блока записи, 2 и блока воспроизведения 3, предназначен для первичной регистрации показаний анализатора 1. Выход анализатора 1 соединен со входом блока записи 2 первого канала МР. Выход блока воспроизведения 3 первого канала МР соединен со входом нормально закрытого ключа 4, предназначенного для соединения блока воспроизведения 3 первого канала МР со входом первого канала вторично1:о регистратора 5. Регистратор 5 предназначен для записи выходных сигналов блоков воспроизведения первого и второго каналов МР. В качестве регистратора 5 в устройстве применен светолучевой осциллограф, осуществляющий запись на осциллографической бумаге или пленке.

Кроме того в состав устройства входят последовательно.соединенные между собой генератор 6 переменного напряжения автоматически изменяющейся частоты и преобразователь 7 частоты в постоянное напряжение. Генератор 6 предназначен для формирования переменного напряжения произвольной амплитуды с автоматическим изменением частоты. Преобразователь 7 предназначен для формирования постоянного напряжения, величина которого зависит от частоты сигнала,, поступающего на вход преобразователя 7 с выхода генератора 6. Второй канал МР, состоящий-из блока записи 8 и блока воспроизведения 9, предназначен для первичной регистрации выходного постоянного напряжения, формируемого преобразователем 7. Вход блока записи 8 второго канала МР соединен с выходом преобразователя 7, а выход блока воспроизведения 9 второго канала МР соединен со входом триггера Шмитта 10. Триггер Шмитта. 10 предназначен для запуска ждущего мультивибратора 11, вход которого присоединен к выходу триггера Шмитта 10. Ждущий мультивибратор 11 предназначен для управления состоянием нормально - закрытого ключа 4, управляющий вход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора 11. Выход ключа 4 соединен со входом первого канала вторичного регистратора 5. Вход второго канала вторичного регистратора 5 соеди нен н,епосредственно с выходом блока 1воспроизведения 9.

Работа устройства в режиме первичной регистрации спектрального сигнала происходит следующим образом.

Исследуемый процесс, зарегистрированный предварительно в виде электрического сигнала 5 Ct), по одному из каналов многоканального магнитного регистратора поступает на вход анализатора спектра 1. При этом магнитный регистратор МР работает в режиме записи, ВЫПОЛНЯЯ регистрацию спектрального сигнала IT i поступающего на вход блока записи 2 первого канала МР с выхода анализатора 1. Спектральный сигнал U по форме представляет собой последовательность серий импульсов положительной полярности. Количество импульсов в каждой серии определяется числом выделенных при помощи анализатора 1 частотных компонентов в исследуемом сигнале , а период повторения серий.-;

0 Т попределяется техническими характеристиками анализатора 1.

В существующих анализаторах спектра одновременного действия величина Т

5 составляет несколько десятков миллисекунд. Одновременно с включением МР в режим записи приводится в действие генератор б. На фиг. 1 это условно показано в виде пунктирных линий, соеди0няющих блоки записи 2 и 8 с генераторами 6. При работе устройства в режиме первичной регистрации спектрального сигнала 2 с выхода генератора 6 на вход преобразователя 7 поступает

5 переменное напряжение ITg произвольной амплитуды с постоянного нарастающей частотой j-g . Сигнал Ug преобразуется преобразователем 7 в постоянное напряжениеи,; величина которого зависит от

0 частоты J-g сигнала Ug на выходе генератора 6. Практически в рабочем диапазоне преобразователя 7 при равномерном нарастании частоты Jg на выходе преобразователя 7 наблюдается линейно нарастающее во времени напряжение Ug.

5 Эти процессы отражены на фиг. 2 графическими зависимостями и UgCtg/t). Выходной сигнал Ug, преобразователя 7 поступает на вход блока записи 8 второго канала МР. Процесс первичной ре0гистрации спектрального сигнала TJ2 блоком записи 2 первого канала МР и линейно нарастающего, постоянного напряжения Ug блоком записи 8 второго канала МР продолжается непрерьшно до

55 тех пор, пока по показаниям индикаторного блока анализатора спектра 1 не будет обнаружено возникновение переходного процесса. (Индикаторный блок на фиг. 1 с целью упрощения чертежа не

60 показан).

На первом графике фиг.2., отображающем характер изменения во времени, реализации исследуемого сигнала )j момент возникновения переходного про65цесса на оси абсцисс отмечен координатой t , а момент затухания переходного процесса - координатной ±2. На втором графике фиг. 2, отображающем характер изменения во времени спектрального сигнала Uj на выходе анализатора 1 (см.фиг.1), установившимся значениям процесса соответствуют мгно венные значения спектра, существующие до момента t и после момента t , а переходному процессу соответствует мгн венйый спектр, отмеченный между двумя указанными моментами времени. Работа МР в режиме записи прекращается после полного переходного процесса, т.е. непосредственно после момента tj, При этом по первому каналу МР окажется зарегистрированным спектральный сигнал М, г соответствующий переходному процессу, имеющему место между моментами времени t и tg,По второму каналу МР окажется зарегистрированным отрезок линейно нарастающего постоянного напряжения Ug с максимальным значением Ug , соответствующим моменту tj прекращения записи. Структура спектрального сигнала U.Ct) , соответствующего участкам Установившегося процесса 11, (t) при 0. и при . показана на фиг.З. Структура спектрального сигнала Uj г отображающего мгновенный спектр переходного процесса, соответствующего сигналу Ц(t) при t, показана, на фиг. 4. На этом завершается процесс первичной регистрации спектрального сигнала, отображающего мгновенгный спектр переходного процесса, соответствующего показаниям первого канала многоканальной системы измерения. Следующим этапом работы устройства является воспроизведение и вторичная регистрация спектрального сигнала, отображающего мгновенный спектр переходного процесса, соответствующего по казаниям первого канала многоканальной системы измерения. Работа устройства в указанном режиме происходит сл дующим образом. Магнитный регистратор с кольцевой протяжкой ленты включается в режим воспроизведения. При этом с выхода блока воспроизведения 3 первого канала МР выходной сигнал Ц поступает на вход нормально закрытого ключа 4, а с выхода блока воспроизведения 9 второго канала МР выходной сигнал U п ступает на вход триггера Шмитта 10. Перед началом работы устройства в режиме воспроизведения производится калибровка триггера Шмитта 10 совместно с преобразователем частоты 7. Операци калибровки заключается в том, что на вход триггера Шмитта 10 с выхода преобразователя 7 подается сигнал, величина которого не превышает 80-90% величины сигнала. , соответствующего моменту времени Ug (.t), 117 м. фиг.5), при этом триггер Шмитта 10 регулируется на срабатывание от указанного уменьшенного значения сигнала. Уменьшенное до 80-90% значение сигнала на указанном графике обозначено ординатой иg .о . При работе устройства в режиме воспроизр.г.дения срабатывание триггера Шмитта 1C происходит в момент , когда величина сигнала U, поступающего на вход триггера Шмитта 10 с выхода блока воспроизведения 9 второго канала МР, достигнет величины и, , равной величине калибровочного сигнала .При этом срабатывание триггера Шмитта 10 происходит в момент времени t i когда величина сигнала UT , поступающего на вход триггера Шмитта 10 с выхода блока воспроизведения 9 достигнет величины Ul,j , равной величине .калибровочного сигнала Ug.g . При срабатывании триггера Шмитта 10 сигнал ITg на его выходе, близкий к нулю до момента времени -t, , приобретает некоторое значение U . Ступенчатое изменение сигнала ITg от нуля до величины и ,. поступая с выхода триггера Шмитта 10 на вход ждущего мультивибратора 11, вызывает его срабатывание. При этом на выходе ждущего мультивибратора 11 появляется сигнал Ug , имеющий форму прямоугольного импульса длительностью л1 . Сигнал Ug с выхода ждущего мультивибратора 11 поступает на управл.:ющий вход нормально закрытого ключа 4, при этом ключ 4 переходит в открытое состояние и пребывает в этом состоянии в течение промежутка времени ut, т.е. с момента времени t2 до момента времени t, По истечении промежутка ьремени сЛ , когда в момент tj сформируется задний фронт имп Льсного сигнала Ug на выходе ждущего мультивибратора 11, ключ 4 возвращается в закрытое состояние. В течение периода времени л-t, начинающегося в момент времени tj и заканчивающегося в момент tj выход блока воспроизведения 3 первого канала МР через ключ 4 окажется присоединенным ко входу первого канала вторичного регистратора 5. Структура сигнала Уц на выходе ключа 4, поступающего на вход первого канала вторичного регистратора 5, показана на пятом графике фиг.5. Одновременно с операцией регистрации спектрального сигнала вторичный регистратор 5 по своему второму каналу производит регистрацию нарастающего напряжения UT I непрерывно поступающего с выхода блока воспроизведения 9 второго канала МР. При работе устройства в режиме воспроизведения триггер Шмитта 10 возвращается в исходное состояние в момент времени tj, когда напряжение U7 на выходе блока воспроизведения 9 второго

канала МР, достигнув максимальнйго и, , резко падает до нуля.

После завершения операций воспроизведения первичной магнитной записи и вторичной регистрации спектрального сигнала, отображающего характер мгновенного спектра переходного процесса по показаниям первого канала многоканальной система измерения (МСИ), устройство переключается в режим обработки электрических сигналов U(t),соответствующих другим каналам МСИ.

Действие устройства при обработке сигналов, соответствующих любому (кроме первого) каналу МСИ (после того, как выполнен полный цикл обработки выходного сигнала, соответствующего первому каналу МСИ) происходит следующим образом.

Сигнал ПтпСъ) соответствующий п -ному каналу.МСИ, поступает на вход ана-. лизатора Спектра 1, с выхода которого спектральный сигнал U, отображающий характер спектра исследуемого сигнала ), подается на вход блока записи 2 первого канала МР. Первый канал М при этом работает в режиме записи, в то время, как второй канал МР работает в. режиме воспроизведения сигнала tT7 согласно показанному на первом графике ф.иг. 5. Сигнал UT с выхода блока воспроизведения 9 поступает на вход триггера Шмитта 10, калибровка уровня срабатывания которого соответствует значениюU nio.Триггера Шмитта 10 срабатывает в момент времени tt,, когда напряжение UT на его входе достигнет значения . При срабатывании триггера Шмитта 10 напряжение на его выходе ступенчато изменяется от величины, близкой к нулю, до значенияUg . Воздействие этого перепада напряжения йа вход.ждущего мультивибратора 11 вызывает его срабатывание, в результате чего на выходе ждущего мультивибратора 11 появляется прямоугольный импульс Ug длительностью At. Указанный импульс, поступая на управляющий вход ключа 4, переводит его на период времени ui. из нормально закрытого в открытое состояние. Вследствие этого в течение периода ut, начинающегося в момент t2 и заканчивающегося в момент tJ, выход блока воспроизведения 3 первого канала МР окажется через ключ 4 присоединенным ко входу перврго канала вторичного регистратора 5. В момент времени ij, когда на выходе ждущего мультивибратора 11 сформируется задний фронт прямоугольного импульса Ug , процесс записи сигнала TLf, по первому каналу МР прекращается и первый канал МР переключается на режим воспроизведения. При следующем цикле воспроизведения кольцевой записи в момент времени Ъз. произойдет соединение выхода блока воспроизведения 3 пер

вого канала МР с первым каналом вто-ричного регистратора 5. По второму каналу вторичного регистратора 5, как и прежде, производится непрерывная регистрация сигнала UT

Очевидно, что постоянная калибровка триггера ИЫитта 10, выполненная при обработке сигнала U) (t), соответствующего первому каналу МСИ, обеспечит обработку сигналов ,t), соответствующих остальным каналам МСИ, в течение периода времени ut, начинающегося в строго заданный момент BpeMeHHtj В этом и заключается принцип привязки во времени результатоз измерения спектров при обработке выходных сигналов многокансшьной системы измерения. Производя калибровку триггера Шмитта 10 на различные величины сигнала Ug, формируемого преобразователем 7, можно производить аппаратурный спектральный анализ переходных процессов, свойственных выходным сигналам многоканальной системы измерения в .различные моменты времени.

Использование новыхэлементов (двухканального магнитного регистратора с кольцевой протяжкой ленты, генератора переменного напряжения с автоматически изменяющейся частотой, преобразователя частоты в постоянное напряжение, триггера Шмитта, ждущего мультивибратора и ключа) выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, поскольку обеспечивает возможность аппаратурной обработки переходных процессов, свойственных выходным сигналам многокальной системы измерения, при наличии временной .привязки между ре-, зультатами обработки сигналов по всем каналам.

Формула изобретения

Устройство для измерения спектров переходных процессов, содержащее анализатор спектра одновременного действия и двухканальный вторичный регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены двухканальный магнитный регистратор состоящий в каждом канале из блока записи и блока воспроизведения записи, причем вход блока записи первого канала магнитного регистратора соединен с выходом анализатора спектра, а также последовательно соединенные генератор и преобразователь частоты, выход которого связан с входом блока записи втоgoro канала, последовательно соединенные триггер Шмитта, ждущий мультивибратор и ключ, выход которого соеди нен с входом первого канала вторичного регистратора, а второй вход ключа связан с выходом блока воспроизведеНИН первого канала магнитного регистратора, а .выход блока воспроизведения

второго канала магнитного регистрато-Источники информации, принятые

ра соединен с входом триггера Ш яттаво внимание при экспертизе:

и входом второго канала вторичного ре-1. Патент США. 3422348, кл. 324гистратора.77, 1969. II/

,пР

Х/ЧЛЛл/ч

9 х т g

-fe.J.b

I II

АМА-/

.. .|

I

%(ЯЯДГ

..Tu. rff..tej.;JaIIIi

«.r

6mat, 7maл .

J:6maKjJJ2jnajf

I/.

.