Анализатор спектра Советский патент 1980 года по МПК G01R23/16 

1

Изобретение относится к области ;1змерительной техники и может быть использовано для определения гармоник ясследуемого сигнала, представляемого в виде ряда Фурье.

Известен анализатор спектра, содер - жащий электронные ключи, масштабирующие резисторы , интегрирующие блоки, генератор функций Уолша, согласующие устройства flj. Принцип действия этого анализатора спектра основан на модуляции входного сигнала функциями Уолша и последующим суммированием сигналов в интегрирующих блоках. Недостатком этого анализатора спектра является его сложность.

Известно также устройство аналогового определения ортогональных составляющих спектра финишных сигналов, содержащее схему периодической выборки мгновенных значений сигнала, сумматор в виде многовходового интегросуммирующего усилителя, генератор импульсов, согласующий каскад, инвертирующий

каскад. В состав схемы периодической выборки мгновенных значений сигналов входят сдвигающий регистр, ключи. В состав сумматора-интегратора входят, взвешивающие резисторы, конденсатор в цепи обратной связи- 2.

Недостатком такого устройства также является его сложность.

Целью изобретения является упрощение устройства.

10

Поставленная цель достигается тем, что в анализаторе спектра, содержащем распределительный блок, вход которого соединен с генератором импульсов, элементы ИЛИ, интегросуммирующий усили15тель, вход которого через взвещиваю- щие регисторы подключен к выходам коммутирующих ключей, а- первые входы последних - к входу устройства и к выходу элемента НЕ, выходы коммутирую20щих ключей попарно подсоединены к одному взвешивающему резистору, а вторые входы коммутирующих ключей через соответствующие элементы ИЛИ подключены к выходам распределигельного блока. . На чертеже изображена блок-схема анализатора спек,тра, содержащего инвертор 1, имеющий коэффициент передачи равный - I, аналоговые коммутирую- щие ключи 2, взвешивающие резисторы 3,операционный усилитель 4, конденсатор 5 в цепи обратной связи усилителя 4,элементы ИЛИ 6, распределительное устройство 7, вспомогательный генератор импульсов 8. Резистор 3, усилитель , конденсатор 5 образуют интегросуммирующий операционный усилитель, элементы ИЛИ 6, устройство 7 - схему выбора коммутирующих ключей 2. Анализатор спектра работает следующим образом. Выходной сигнал интегрируется операционным усилителем 4, при этом коэффициент передачи усилителя в каждый момент времени завиогт от величины взвешивающего резистора 3, подключаемого с помощью коммутирующих ключей 2 к шине и или-U. Как известно, ортогональные составля ющие гармоник напряжения, представляемого в виде ряда Фурье, равны ). fl) ,) 1ДеYl - число выборок за период Т; h(Xk. - значение входного сигнал в момент К-ой выборки; j- - номер исследуемой гармо ники. Если выбрать величины сопротивлени резисторов 3 такими, чтобы при определ НИИ Вл. или С- они обратно пропорциональными COS Г -Т) или )----

.

f) 50

Чвт

)

COS

Tl,

(;

s)

TO выходное напряжение усилителя 4

(9

,..-,-и(2|.;...

91(1

jm

и рдин и тот же резистор можно в одном случае подключать к шине Un,) а в другом к шине - Uy,. Схема выбора коммутирующего ключа (элементы ИЛИ осле окончания цикла интегрирования удет равно, соответственно для косинусой и синусной составляющих (TWK..t,,) UBHK - BblXj KMtrlhtK 0 0 „(Т(ИЖ.Л151И htt)dt, () Vf S.J, . с„и„ где GO - величина емкости конденсатора 5; д-t - время, на которое откры:ваются ключи 2. Полагая значение U (t) неизменным за время UL-t из выражений (5), (6) получим-s;4l; b( oj а о Сравнивая выражения (7), (8) соответственно с выражениями (1), (2) видим, что выходное напряжение на операционном усилителе в конце периода пропорци. онально ортогональной составляющей -ой гармонике входного сигнала. Как правило, число выборок за период выбирается равным 2 , поэтому можно сократить число взвешивающих резисторов до И/4, т. е, до 2 , а число ключей до М/2, т. е. до 2. Это следует из того, что абсолютные значения Cos( Т) и J к принадлежат множеству 0-,5111 --,; 57 б, устройство 7 ставит в соответствие COS(|| ли51И(р3-К с эдин из элементов множества (9). На вход распределительного устройства 7, которое может быть выполнено на базе сдвигающего регистра, поступае серия импульсов с генератора 8, период которых равен 1/h периода исследуемого сигнала. Распределительное устройство 7 имеет число устойчивых состояний И . Каждому устойчивому состоянию З. где 5 , . .., п распределител ного устройства 7,.при определении косинусной составляющей, соответствует Яодключение резистора, сопротивление foH()p шине котого равно если знак косинуса плюс, или к шине -Ujt, если знак косинуса минус. Аналогично при определении синусной составляющей подключается резистор, сопро тивление которого равно /«о/-«@.7) Так как число резисторов меньше в четыре раза числа выборок мгновенных значений входного сигнала за период, то один и тот же резистор подключается к шинам и jj и - и у несколько раз за период. Поэтому ключи 2 подключаются к распределительному устройству через элементы ИЛИ 6. На чертеже изображена блок-схема устройства для определения косинусоидальной составляющей первой гармоники при числе выборок равном 16 за период. Распределительное уст- ройство 7 имеет 16 состояний, которые меняются после прихода каждого импуль са с генератора 8. Каждому устойчивому состоянию соответствует выход, ус- ловчо обозначенный цифрами от О до 15 Порядок подключения элементов ИЛИ 6 к выходам распределительного устройст- ва 7 обозначен на чертеже числами. 1 Таким образом, попарное соединение коммутирующих ключей 2 с одним взвешивающим резистором 3 и подключение . управляющих входов ключей 2 через . . логические элементы ИЛИ 6 к выходам распределительного устройства 7 позволяет уменьшить в четыре раза число взвешивающих резисторов и в два раза число коммутирующих ключей. Так как сопротивления взвешивающих резисторов обратно пропорциональны значениям синуса или косинуса и, поэтому, не могут быть выбраны из стандартной шкады сопротивлений, то приходится набирать сопротивления взвешивающих резисторов .из нескольких резисторов, сопротивленияко-; торых выбираются из стандартной шкалы сопротивлений. Применение бесконтакт- ных коммутирующих ключей требует индивидуальной наладки каходого ключа. Поэтому сокращение количества взвешивающих резисторов и коммутирующих ключей позволяет упростить изготовление и наладку устройства. Формула изобретения Анализатор спектра, содержащий распределительный блок, вход которого соединен с генератором импульсов, элементы ИЛИ, интегросуммирующий усилитель,, вход которого через взвешивающие резисторы подключен к выходам коммутирующих ключей, а первые входы последних - к входу устройства и к выходу элемента НЕ, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, выходы коммутирующих ключей попарно подсоедашены к одному взвешивающему резистору, а вторые входы коммутирующих ключей через соответствующие элементы ИЛИ подключены к выходам распре делительного блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 480993, кл. Q 01 R 23/16, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 438939, кл. G 01 R 23/00, 1974.

Ux(t)