Анализатор частотных характеристик Советский патент 1979 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к области автоматики, информационно-вычислительной и измерительной техники, в частности к устройствам для эксп иментального О1Ц)еделеняя частотных характеристик динамических объектов. Известен анализатор частот{в 1х характеристик содержащий генератор гармонического тестового сигнала, выход которого соединен с исследуемой системой, формирователь оп( функций, два множительных устройства, нервые входы KCfTopbix соединены с выходами формирователя онорных функций, а на вторые входы подается сигнал реакцнИ исследуемой системы на тестовой сигнал, два HHrerpaTqpa, входы которых соединены с выходами множительных устройств. С помощью интеграторов осуществляется интегрирование сигналов произведения н таким образом определяются синфазная и квадратурная составляющие- сигнала реакщш системы на тестовое гармоническое воздействие t1. Недостатком этого анализатора является невысокая точность измереиия. Из Известных анализатсфов частотных харак, тернстик наиболее близким к изобретению по технической сущности является анализатор, содержащий генфатор тестовых сигналов, выход которого соединен с выходом анализатора, два блока умножения, первые входы которых связаны с соответствующими выходами формирователя опорных сигналов, вход которого соединен с первьш выходом блока управления, со вторым выходом которого соединены управляющие входы двух интеграторов, вход первого из которых соединен с выходом первого блока умножения 2. Недостатком указанного анализатора частотных характ истик является низкая разрещающая способность прн наличии постоянной составляющей в снгнале реакции системы на тестовое гармоиическое воздействие. Под разрещающей способиостью здесь н в дальнейщем подразумевается максимально возможное отнощение полученных велнчнн синфазной и квадратурной составляющих. Причиной этого недостатка является отсутствие согласования динамических диапазонов анализатора я измеряемого (жгнала. Целью данного изобретения является увеличение точности анализатора. Эта цель достигается тем, что анализатор частотных характеристик содержит посПедовательно соединенные блок памяти и преобразователь код-аналог, переключатель и последовательно соединенные блок сравнения, аттенюатор пфоговый блок и форм(фователь кода диапазона, выход которого подключен к управляющему входу аттенюатора, выход которого связан с вторыми входами блоков умножения И первым входом переключателя, с вторым входом которого связан выход второго L блока умножения, с управляющим входом третий вьиод блока управления, а с выходом - вход второго интегратора, выход которого подключен к входу блока памяти, выход преобразователя код - аналог соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с входом анализатора, четвертый выход блока управления подключен к управляющим входам блока памяти и формирователя кода диапазона, пятый выход - к входу генератора тестовых сигналов, а вход - к соответствующему выходу порогового блока. На чертеже представлена блок-схема анализатора частотных характеристик. Она содержит преобразователь код - аналог 1, блок памяти 2, исследуемую систему 3 блок сравнения 4, аттенюатор 5, пороговый блок 6, формирователь 7 кода диапазона, генератор 8 тестовых сигналов, блок умножения 9, интеграторы 10 и 11, формирователь 1 опорных Сигналов, блок умножения 13, переключатель 14 (положения переключателя I и И) блок управления 15. Анализатор работает следующим образом. По сигналу Установка нуля, гвьфабатываемому блоком управления 15, интеграторы 10 и 11 и блок памяти 2 устанавливаются в нулевое состояние, формирователь 7 кода диапазона в состояние, соответствующее максимальной чувствительности аттенюатора 5, переключатель 14 устанавливается в положение I. На выходе преобразователя код - аналог 1 формируется нулевой потенциал и подается на вход блока сравнения 4. Анализатор находится в состоянии измерения постоянной составляющей сигнала, поступающего на другой вход блока сравнения 4. По сигналу Начало измерения, вырабатываемому блоком управления 15, начинается вы числение с помощью интегратора 10 интеграла вида

1., - Ju(t)-dt,

где U(t) - выходной сигнал аттенюатора 5, который соответствует реакции системы на

л

Ij -JUCtKqsouidt,

о

где sin ш t, Bos(jUt - сигналы опорных функг монический сигнал генератора тестовых сигналов 8 и представляет собой сумму постоянной и переменной составляющих: С помощью аттенюатора 5, порогового блока 6, формирователя 7 кода диапазона осуществляется согласование динамического диапазона сигнала реакции системы, поступающего на блок сравнения 4, и динамического диапазона анализатора. Если выходной сигнал аттенюатора 5 превысит динамический диапазон анализатора, то О срабатывает пороговый блок 6, при этом в блок управления 15 поступает сигнал Прерырание измерения, на выходе формирователя 7 кода диапазона формируется код, соответствующий меньщей чувствительности управляемого аттенюатора 5, блок управления 15 осуществляет прерывание вычисления интеграла Jj, устанавливает интегратор 10 в ноль и формирует сигнал Начало измерения, по которому начинается вычисление интеграла Jj. Этот процесс согласования динамических диапазонов сигнала реакции системы и анализатора повторяется до тех пор, пока в течение одного периода изменения переменной составляющей сигнала реакции системы выходной сигнал аттенюатора 5 не превысит динамический диапазон анализатора, при этом блок управления 15 формирует сигнал Окончание измерения и в интеграторе содержится интеграл -Ij, соответствующий постоянной составляющей сигнала реакции исследуемой системы 3. По команде блока управления 15 Запись содержимое интегратора 10 записывается в блок памяти 2 и преобразователь код - аналог 1 вырабатывает напряжение, равное по величине постоянной составляющей реакции системы, которое подается на вычитающий вход блока сравнения 4. На выходе блока сравнения 4 появляется сигнал, равный переменной составляющей реакции исследуемой системы 3. При зтом переключатель 14 переводится в положение II, устройство переходит в состояние измерения синфазной и квадратурной составляющих реакции исследуемой системы 3, содержимое интеграторов 10 и 11 обращается в ноль, формирователь 7 кода диапазона переходит в состояние, соответствующее максимальной чувствительности аттенюатора 5. Далее блок зтфавления 15 формирует сигнал Начало измерения и начинается вычисление интеграторов: -Ig Y jua 3inijyi d-t) ций, поступающие на блоки умножения 9 и 13 с формирователя 12 опорных сигналов. С помощью аттенюатора 5, порогового блока 6, формирователя 7 кода диапазона осуществляется согласование динамических диапазонов сигнала исследуемой системы 3 и анализатора. Этот процесс происходит аналогично описанному выше процессу согласования динамического диапазона всего сигнала и динамического диапазона анализатора. Если в течение периода изменения переменной составляющей измеряемого сигнала амплитуда выходного сигнала аттенюатора 5 не превысит данамический диапазон анализатора, блок управления 15 сформирует команду Окончание измерения, прекращается процесс вычисления интегралов Jj и .Лз. содержимое интеграторов 10 и 11 соответствует синфазной и ква фатурной составляющим сигнала реакции исследуемого объекта 3. Описанный анализатор частотных х актеристик позволяем повысить разрешающую способность 1ФИ наличии постоянной составляющей в сигнале реакции исследуемой системы 3 на тестовое гармоническое воздействие, так как в течение первого цикла измерения происходит вычисление и компенсация постоянной составляющей сигнал реакции исследуемой системы 3, во время второго цикла измерения (вычисление синфазной и квадратурной составляющих сигнала реакции) с помощью порогового блока 6, формирователя 7 кода диапазона, аттенюатс а 5, блока сравнения 4 происходит оптимальное согласование динамических диапазонов сигнала реакции исследуемой системы 3 и анализатора, при котором обеспечивается максимальная разрешающая способность анализатора. Использование системы автоматического выбора диапазона и компенсации постоянной составляющей освобождает оператора от необходимости использования априорной информации об измеряемом сигнале (динамическом диапазоне и величине постоянной составляющей) для ручного выбора чувствительности анализатора и компенсации постоянной составляющей. Это особенно важно для сигналов в инфранизкочастотной области, где получение этой информации связано с значительными затратами времени или невозможно. Формула изобретения Анализатор частотных характерис1ик, содержащий генератор тестовых сигналов, выход которого соединен с выходом анализатора, два блока умножения, первые входы которых связаны с соответствующими выходами формирователя опорных сигналов, вход которого соединен с первым выходом блока управления, со вторым выходом которого соединены ущ авляющне входы двух интеграторов, вход первого ш которых соединен с выходом первого блока умножения, обличающийся тем, что, с целью повыщения точности анализатора, он содержит последовательно соединенные блок памяти и преобразователь код - аналог, переключатель и последовательно соединенные блок сравнения, аттенюатор, пороговый блок и формирователь кода диапазона, выход которого подключен к управляющему входу аттенюатора, выход которого связан с вторыми входами блоков умножения и первым входом переключателя, с вторым входом которого связан выход второ,го б;}ока умножения, с управляющим входом третий выход блока управления, а с выходом вход второго интегратора, выход которого подключен к входу блока памяти, выход преобразователя код - аналог соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с входом анализатора, четвертый выход блока управления подключен к управляющим входам блока памяти и формирователя кода диапазона, .пятыйвыход - к входу генератора тестовых сигналов, а вход - к соответствующему выходу порогового блока. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1.Патент Великобритании № 1074624, кл. G 01 R 27/28, 1965. 2.Авторское свидетельство СССР № 199535, кл. G 05 В 23/00, 1967.