Звуковой спектрограф Советский патент 1949 года по МПК G01H11/06 

Предметом изобретения является прибор для визуального наблюдения и фотографирования частотных саекторов звуков, превращенных в электрические колебания, который состоит из анализатора гармоник гетеродинного тииа в соединении с катодным осциллографом и фотоэлектронной отклоняющей и маркируюп1ей системой, осуществляющей развертку осциллограммы на экране осциллографа и получение сетки частот на том же экране.

Известны визуальные анализаторы частот, в которых применяется электронно-лучевая трубка для наблюдения формы кривой тока звуковых частот, основанные на принципе съема электрических зарядов с накапливающих конденсаторов, включенных в цепи разделительных фильтров на входе системы.

Существуют также приборы, в которых используется генератор звуковой частоты с фиксированными частотамн п врапхающимся коммутатором, снимающим заряды с накапливающих конденсаторов.

Предлагаемый спектрограф отличается от обоих указанных типов приборов примеиением гетеродинного анализатора в сочетании с фотоэлектронной отклоняющей и маркируюп.1ей системой. Это позволяет осуи ествлять более плавный и точпып апализ звуковых колебаний в желаемом участке звукового спектра.

Устройство и действие предлагаемого звукового спектрографа поясняется фиг. 1 и 2. На фиг. 1 изображепа блок-схема предлагаемого устройства.

Спектрограф (фиг. 1) имеет: анализатор .гармоиик 1 гетеродпнного типа с контурным конденсатором переменной емкостп, вращаемым от руки или двигателем; катодный осциллограф 2, имеющий трубку с послесвечением и не имеющий собственного блока разверткц; фотоэлектронную отклоняющую систему 3, осуи;ествляюгиую развертку осциллограммы па экраие упомянутой выше трубки по горизоитали; фотоэлектронную маркируюи1,ую систему 4, напосяп1ую сетку частот па экране той же трубки вертикальными линиями.

№ 78488- 2 -

Анализатор гармоник 1 состоит из следующих устройств: генератора 5; дополнительного конденсатора 6 переменной емкости, входящего в контур генератора; модулятора 7; кварцевого фильтра 8, усилителя 9; выпрямителя 10 и его нагрузочного контура.

В катодном осциллографе пластины, отклоняющие электронный луч по вертикали, соединены с выходом анализатора гармоник, откуда поступает напряжение, а также с маркирующей системой, которая наносит на экран осциллографа тонкие вертикальные линии сетки частот. Пластины горизонтальной развертки соединены отклоняющей системой 3. Применение трубки с послесвечением позволяет снижать частоту развертки и накладывать на экран периодически повторяющуюся кривую через сравнительно больщие интервалы времени, без заметного мерцания кривой.

Фотоэлектронная отклоняющая система 3 состоит из двигателя 19, на. оси которого жестко укреплен конденсатор 6; диска 12; ручки для провертывания оси от руки при выключенном двигателе; диска 11 с фигурной прорезью, которая в пределах определенной части диска (например, в пределах угла 180°), имеет по радиусу различную длину и находится на пути светового пучка, падающего от лампы 13 на фотоэлемент 14; линзы (плосковыпуклой, цилиндрической) 15; со щелью О рамки 16; усилителя 17 постоянного тока, с выхода которого напряжение поступает на пластины горизонтальной развертки осциллографа 2. Маркирующая система 4 состоит из таких же элементов, как и отклопяюп;ая система 3, и отличается от последней тем, что диск 12 маркирующей системы имеет ряд очень тонких радиально расположенных прорезей. Усилитель 18, включенный на выходе маркирующей системы, соединен с пластинами вертикального отклонения луча осциллографической трубки.

Спектрограф работает следующим образом.

В зависимости.от угла поворота общей оси двигателя и конденсатора 6 и соответственно осей двух дисков 11 и 12, на выходе анализатора гармоник может появиться напряжение той или иной определенной составляющей исследуемого напряжения.

Напряжение на выходе анализатора отклоняет луч осциллографа по вертикали в соответствии с интенсивностью очередной частотной составляющей.

Так как диск И отклоняющей системы 3 жестко укреплен на одной общей оси с конденсатором 6, то каждому угловому положению конденсатора 6 соответствует определенное положение и диска 11. Если в этом положении диск 11 не препятствует световому пучку падать от лампы 13 (через линзу 15, щель О в рамке 16 и прорезь в диске 11) на фотоэлемент 14, то фотоэлемент, управляя усилителем 17, вызывает отклонение электронного луча катодного осциллографа 2 по горизонтали.

Каждому углу поворота диска 11 соответствует определенная длина прорези в диске (по радиусу) и, следовательно, определенная освеп1енность фотоэлемента 14. Поэтому количество световой энергии, падающей на фотоэлемент 14, изменяется с изменением угла поворота диска 11; щель О в рамке 16 открывается, например, лищь в одной точке когда, с вертикальной осью симметрии щели совпадает радиус а диска 11 (фиг. 1); та же щель О будет открыта наполовину, когда ось симметрии щели совпадает с радиусом б, и полностью, когда совпадает с радиусом в диска 11, и т. д.

Так как диск 11 жестко укреплен па одной обпхей оси с конденсатором 6, то каждому углу поворота конденсатора 6 и. следовательно.

:каждой частоте анализатора соответствует определенная степень освещенности фотоэлемента 14 сквозь прорезь в диске 11, а следовательно, и определенное смещение луча осциллографа по горизонтальной оси развертки кривой спектра исследуемого напряжения.

Так как .диск 12 маркирующей системы 4 жестко укреплен на одной общей оси с конденсатором 6, то положение каждой прорези в дис.ке 12 против щели О соответствует определенному углу поворота конденсатора 6 и, следовательно, определенной частоте анализатора. Засвечивание фотоэлемента 20 сквозь каждую прорезь в диске 12 вызывает подачу импульса напряжения к вертикальным пластинам осциллографа. Так маркирующая система вызывает на экране появление очень тонких вертикальных линий в виде сетки определенных частот, например, 100, 200, 300, 500, 700, 1000 гц и т. д. В результате на экране осциллографа развертывается весь частотный спектр исследуемого напряжения и сетка частот, что и требуется.

Предлагаемый спектрограф обладает переменной разрешающей способностью, которая позволяет получать растянутым по всему экрану осциллографа не только целиком спектр, определяемый емкостью контурного конденсатора гармонического анализатора, но и отдельные части спектра. Это осуществляется при помощи диска 11, имеющего прорезь описанной формы, размещаемую в пределах угла, меньшего 180 (.например, 45°), а при помощи установочного углового относительно оси перемещения прорези на диске, который для этой цели выполняется сборным и снабженным соответствующей шкалой.

Размещение прорези в пределах, например, 45°, обусловливает развертку по горизонтали частичного диаиазона частот анализатора, который соответствует диапазону изменения емкости контурного конденсатора тоже в пределах выбранного угла 45. При этом выбор для развертки определенной той или иной части спектра производится путем такой угловой установки прорези на диске, относительно остальной части диска и общей оси, жестко скрепленной с контурным конденсатором, при которой фотоэлемент 14 засвечивается через прорезь в диске 11, пока контурный конденсатор находится в положении, соответствующем выбранным для развертки частотам.

При помощи предлагаемого спектрографа предполагается также растягивать по всему экрану и очень узкие части спектра, например, с полосой порядка 30 гц в диапазоне сотен герц и с полосой порядка 300 ГЦ в диапазоне тысяч герц.

Для получения значительного растягивания спектрограф конструктивно выполняется так, чтобы прорезь диска И и щель рамки 16 (фиг. 1) как бы поменялись местами: диск 11 (фиг. 2) делается с прорезью в виде тонкой радиально расположенной щели, а отверстию в рамке 16 (фиг. 2) придается форма, которую имеет прорезь на диске 11 (фиг. 1). Ось диска И (фиг. 2) должна при этом проходить через ограничивающую рамку 16. Перед рамкой со стороны лампы ноА ещается матовое стекло, которое и служит светящимся телом, а сменная ограничивающая рамка своей фигурной прорезью определяет действуюп1ую поверхность светящегося тела.

Конструкция, отвечагощая оптической системе на фиг. 2. позволяет иметь набор сменных ограничивающих рамок, а также обеспечивает возможность в случае надобности вставлять в спектрограф рамку, изготовленную специальио для определенного испытания.

Диапазон исследуемых частот может быть расширен секционированием статора контурного конденсатора.

№ 78488 4 -

Особенности и одновременно преимущества предлагаемого сйёктрографа заключается в применении фотоэлектронной развертки и маркировки и в использовании трубки с послесвечением.

Фотоэлектронная развертка позволяет рассматривать по выбору как весь спектр звуковых частот, так и (в более крупном м:асштабе) любой его участок, отвечающий выбранной части оборота непрерьшно вращающегося конденсатора.

Применение указанной развертки в сочетании с трубкой, имеющей послесвечение, позволяет наблюдать без помех от мерцания кривые, которые развертываются в течение времени, более короткого, чем время, в течение которого контурный конденсатор совершает один оборот.

Развертка в течение части оборота (в пределе полуоборота) равномерно вращающегося конденсатора позволяет применять конденсатор с пластинами несимметричной формы для получения по горизонтали сетки частот линейной, логарифмической или иной.

Применение фотоэлектроники исключает надобность в использовании эксплуатационно менее надежных механических контактов.

Прел м е т и з о б р е т е и и я

1.Звуковой спектрограф, в котором применен анализатор гетеродинного типа с катодным осциллографом для визуального наблюдения и фотографирования частотного спектра, отличающийся тем, что, с целью получения горизонтальной развертки и нанесения на экран сетки частот, применены фотоэлектрические схемы, состоящие каждая из источника света, диафрагмы и диска с прорезями, жестко укрепленного на общей оси с конденсатором гетеродинного анализатора.

2.Форма выполнения звукового спектрографа по п. 1, отличающаяся применением сборного диска для получения развертки любой части спектра путем изменения при установке угла смещения фигурной прорези в диске относительно остальной части диска, жестко укрепленной на обп1ей оси с конденсатором гетеродинного анализатора.

3.Форма выполнения звукового спектрографа по пп. 1 и 2, отл и ч а ю щ а я с я применением указанного выще диска с узкой радиально расположенной щелью и диафрагмы с фигурной прорезью, с целью осуществления развертки желаемой части спектра путем изменения формы прорези в диафрагме.