Устройство для измерения спектров переходных процессов

Устройство для измерения спектров переходных процессов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ба) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0605.76 (21) 2355783/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43} Опубликовано1Ь04.78. Бюллетень ¹ 14 (Sl) М. Кл.

6- 01 т1 23/00

Гааудервтвевакб ааивтет

0аввте Маааатрав 000Р аа .делен ааабрвтвааб в атврктаб (53) УДК 621. 317. .761 (088.8) (45) Дата опубликования описания 24.0378 (72) )4втор изобретения

В.A. Окладнов

P3) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРОВ

ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к анализаторам спектра частот в реальном масштабе времени.

Известно устройство для измерения спектров переходных процессов, состоящее иэ большого числа узкополосных фильтров, полоса пропускания каждого из которых занимает определенный диапазон частот.в пределах частот- 10 ного спектра анализируемого сигнала.

Входные цени фильтров эакорочены между собой, а с выходами этих фильтров соединена логическая схема. Исследуемый входной сигнал поступает одновременно на входы всех фильтров, которые производят разложение исследуемого сигнала на спектральные составляющие. Соединенная с выходами фильтров логическая схема обеспечивает по- 29 лучение отсчетных сигналов, характеризующих спектр исследуемого входного сигнала (1).

Однако известное устройство имеет недостаточно высокую точность измере- 25 ния.

Цель изобретения — повышение точности измерения — достигается тем, что в устройство для измерения спектров переходных процессов, содержащее 3) анализатор спектра одновременного действия и двухканальный вторичный регистратор, 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 второго канала, последовательно соединенные триггер Шмитта, ждущий мультивибратор и ключ, выход которого соединен с входом первого канала вторичного регистратора, а второй вход ключа связан с выходом блока воспроизведения первого канала магнитного регистратора, а выход блока воспроизведения второго канала магнитного .регистратора соединен с входом триггера Шмитта и входом второго канала вторичного регистратора.

На фиг. 1 показана блок-схема устройстват на фнг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства в режиме первичной регистрации спектрального сигнала; на фиг. 3 — спектр установившегося процессат на фиг. 4

602874 мгновенный спектр переходного процесса; на фиг. 5 — временные диаграммы, поясняющие работу устроиства в режиме воспроизведения и вторичной регистрации спектрального сигнала.

Устройство содержит в своем сос- 5 таве анализатор 1 спектра одновременного действия, предназначенный для измерения спектров исследуемых сигналов, и двухканальный магнитный регистратор (МР) с кольцевой протяжкой ленты. Bxo-:lO дом устройства является, входная цепь анализатора 1. Первый канал MP состоящий из блока записи 2 и блока воспроизведения 3, предназначен для первичной регистрации показаний анализатора 1. 15

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 20 для соединения блока воспроизведения 3 первого канала MP со входом первого канала вторичного регистратора 5. Регистратор 5 предназначен для записи выходных сигналов блоков воспроизведе- 25 ния 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 б переменного напряжения автоматически изменяющейся часToты и преобразователь 7 частоты в пос-; тоянное напряжение. Генератор б пред35 назначен для формирования переменного напряжения произвольной амплитуды с автоматическим изменением частоты.

Преобразователь 7 предназначен для формирования постоянного напряжения, 40 величина которого зависит от частоты сигнала, поступающего на вход преобразователя 7 с выхода генератора б.

Второй канал МР, состоящий-из блока записи 8 и блока воспроизведения 9, 45 предназначен для первичной регистрации выходного постоянного напряжения, формируемого преобразователем 7. Вход блока записи 8 второго канала MP соединен с выходом преобразователя 7, а 50 выход блока воспроизведения 9 второго канала МР соединен со входом триггера

Шмитта 10. Триггер Шмитта 10 предназначен для запуска ждущего мультивибратора ll 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 сое-. динен со входом первого канала вторичного регистратора 5. Вход второго канала вторичного регистратора 5 соединен непосредственно с выходом блока

:воспроизведения 9.

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

Исследуемый процесс, зарегистрированный предварительно в виде электрического сигнала U (t) по одному из каналов многоканального магнитного регистратора поступает на вход анализатора спектра 1 ° 11ри этом магнитный регистратор МР работает в режиме записи, выполняя регистрацию спектрального сигнала (Г,поступающего на вход блока записи 2 первого канала MP 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 U« а период повторения серий:

Тцопределяется техническими характеристиками анализатора 1.

В существующих анализаторах спектра одновременного действия величина T составляет несколько десятков миллисекунд. Одновременно с включением MP в режим записи приводится в действие генератор б. На фиг. 1 это условно показано в виде пунктирных линий, соединяющих блоки записи 2 и 8 с генераторами б. При работе устройства в режиме первичной регистрации спектрального сигнала U2 с выхода генератора б на вход преобразователя 7 поступает переменное напряжение U> произвольной амплитуды с постоянного нарастающей частотой З . Сигнал П преобразуетса преобразователем 7 в постоянное напряжениеЦ, величина которого зависит от частоты f< сигнала U> на выходе генератора б. Практическй в рабочем диапазоне преобразователя 7 при равномерном нарастании частоты f на выходе преобразователя 7 наблюдается линейно нарастающее во времени напряжение U

Эти процессы отражены на фиг. 2 графическими зависимостями f (t) и U Ц-, )

Выходной сигнал U< преобразоватеЛя 7 поступает на вход блока записи 8 второго канала МР. Процесс первичной регистрации спектрального сигнала U< блоком записи 2 первого канала MP u линейно нарастающего постоянного напряжения U блоком записи 8 второго канала МР продолжается непрерывно до 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 показан).

На первом графике фиг.2., отображающем характер изменения во времени, реализации исследуемого сигнала U (t) > момент возникновения переходного процесса на оси абсцисс отмечен коорди602874 натой (,, а момент затухания переходного процесса — координатной 12 . На втором графике фиг. 2, отображающем характер изменения во времени спектрального сигнала U на выходе анализатора 1 (см.фиг.1), установившимся значениям процесса соответствуют мгновенные значения спектра, существующие до момента t< и после момента t, а .. переходному процессу соответствует мгновенный спектр, отмеченный между 10 двумя указанными моментами времени.

Работа MP в режиме записи прекращается после полного переходного процесса, т.е. непосредственно после момента t . При этом по первому каналу

MP окажется зарегистрированным спектральный сигнал U< соответствующий переходному процессу, имеющему место между моментами времени и С2

По второму каналу МР окажется зарегистрированным отрезок линейно нарастающего постоянного напряжения Uz с максимальным значениемU< Iсоответствующим моменту t> прекращения записи. Структура спектрального сигнала О (), соответствующего участкам установившегося процесса У (1} при

Q(t

Следующим этапом работы устройства является воспроизведение и вторичная регистрация спектрального сигнала, отображающего мгновенный спектр переходного процесса, соответствующего показаниям первого канала многоканаль- 45 ной системы измерения. Работа устройства в указанном режиме происходит следующим образом.

Магнитный регистратор с кольцевой протяжкой ленты включается в режим 50 воспроизведения. При этом с выхода блока воспроизведения 3 первого канала МР выходной сигнал Ц3 поступает на вход нормально закрытого ключа 4, а с выхода блока воспроизведения 9 второго канала NP выходной сигнал Uq поступает на вход триггера Шмитта 10.

Перед началом работы устройства в режиме воспроизведения производится калибровка триггера Шмитта 10 совместно 60 с преобразователем частоты 7. Операция калибровки заключается в том, что на вход триггера Шмитта 10 с выхода преобразователя 7 подается сигнал, величина которого не превышает 80-90% величины сигнала U Ä, соответствующего моментУ вРемени U< (t), (1, (С) (см. фиг.5), при этом триггер Шмитта 10 регулируется на срабатывание от укаэанного уменьшенного значения сигнала.

Уменьшенное до 80-90% значение сигнала на указанном графике обозначено

1 ,ординатой U6 „. При работе устройства в режиме воспроизв ения срабатывание триггера Шмитта 10 происходит в момент, когда величина сигнала U>, поступающего на вход триггера Шмитта 10 с выхода блока воспроизведения 9 второго канала МР, достигнет величины, равной величине калибровочного (1 п аю. сигнала U „. 11ри этом срабатывание триггера Шмитта 10 происходит в момент времени t, когда величина сигнала

U постуйающего на вход триггера

Шмитта 10 с выхода блока воспроизведения 9 достигнет величины („ „, равной величине калибровочного сигнала U

При срабатывании триггера Шмитта 10 сигнал U(I на его выходе, близкий к нулю до момента времени „, приобретает некоторое значение U> . Ступенчатое изменение сигнала U от нуля до

B величины U, поступая с выхода триггера Шмитта 10 на вход ждущего мультивибратора 11, вызывает его срабатывание. При этом на выходе ждущего мультивибратора 11 появляется сигнал U,èìåþùèé форму прямоугольного импульса длительностью ь1 . Сигнал(1 с выхода ждущего мультивибратора 11 поступает на управляющий вход нормально закрытого ключа 4, при этом ключ 4 переходит в открытое состояние и пребывает в этом состоянии в течение промежутка времени ht, т.е. с момента времени т. до момента времени t>, 1Io истечении промежутка ьремени д, когда в момент 4З сформируется задний фронт импульсного сигнала U> на выходе ждущего мультивибратора 11, ключ 4 возвращается в закрытое состояние. В течение периода времени 1,начинающегося в момент времени 1 и заканчивающегося в момент 1 выход блока воспроизведения 3 первого канала МР через ключ 4 окажется присоединенным ко входу первого канала вторичного регистратора 5.

Структура сигнала 0 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 Ц, 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, когда напряжение U> на выходе блока воспроизведения 9 второгО, б02874 канала NP, достигнув максимальнбго зн6чения U резко падает до нуля.

maw

После завершения операций воспроизведения первичной магнитной записи и вторичной регистрации спектрального 5 сигнала, отображающего характер мгновенного спектра переходного процесса о показаниям первого канала многоканальной системы измерения (МСИ), устройство переключается в режим обра- «О ботки электрических сигналов U„(t),соответствующих другим каналам МСИ.

Действие устройства при обработке сигналов, соответствующих любому (кроме первого) каналу МСИ (после того, )5 как выполнен полный цикл обработки выходного сигнала, соответствующего первому каналу МСИ) происходит следующим образом.

Сигнал U ® соответствующий а -но- >0 му каналу NCH поступает на вход анализатора спектра 1, с выхода которого спектральный сигнал U > отображающий характер спектра исследуемого сигнала U (4) подается на вход блока записи 2 первого канала МР. Первый канал NP прн этом работает в режиме записи, в то время, как второй канал NP работает в. режиме воспроизведения сигнала U согласно показанному на первом графике фиг. 5. Сигнал ()7 с выхода блока воспроизведения 9 поступает на вход триггера Шмитта 10, калибровка уровня срабатывания которого соответствует значению О> „.Триггера Шьжтта 10 срабатывает в момент времени 1,>, когда напряжение Uq на его входе достигнет значения U . При срабатывании тригl o% гера Шмитта 10 напряжение на его выходе ступенчато изменяется от величины, 1 близкой к нулю, до значения ()8, Воз- 40 действие этого перепада напряжения на вход, ждущего мультивибратора 11 вызывает его срабатывание, в результате чего на выходе ждущего мультивибратора 11 появляется прямоугольный им- 45 пульс U длительностью ьФ Указанный импульс, поступая на управляющий вход ключа 4, переводит его на период времени ь1 иэ нормально закрытого в открытое состояние. Вследствче этого в течение периода ь1, начинающегося в момент t2 и заканчивающегося в момент t выход блока воспроизведения 3 а первого канала МР окажется через ключ 4 присоединенным ко входу первого канала вторичного регистратора 5.

В момент времени 4ъ, когда на выходе ждущего мультивибратора 11 сформируется задний фронт прямоугольного импульса U процесс записи сигнала U по

Q 1 60 первому каналу МР прекращается и первый канал МР переключается на режим воспроизведения. При следующем цикле воспроизведения кольцевой записи в мо мент времени t произойдет соедине1 2 ние выхода блока воспроизведения 3 пер- 65 вого канала МР с первым каналом вто-., ричного регистратора 5. По второму каналу вторичного регистратора 5, как и п, производится непрерывная регистрация сигнала U, Очевидно, что постоянная калибровка триггера Шмитта 10, выполненная при обработке сигнала U (6), соответствующего первому каналу МСИ, обеспечит обработку сигналов П„ф)„соответствующих остальным каналам МСИ, в течение периода времени ь1 начинающего(! ся в строгo заданный момент временила, В этом и заключается принцип привяэкй во времени результатоз измерения спектров при обработке выходных сигналов многоканальной системы измерения. Производя калибровку триггера Шмитта 10 на различные величины сигнала U формируемого преобразователем 7, можно производить аппаратурный спектральный анализ переходных процессов, свойственных выходным сигналам многоканальной системы измерения в различные моменты времени.

Использование новых элементов (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 возмо>кность аппа.ратурной обработки переходных процессов„ свойственных выходным сигналам многокальной системы измерения, при наличии временной .привязки между ре-, зультатами обработки сигналов по всем каналам.

ФОРИУла изобретения

Устройство для измерения спектров переходных процессов, содержащее анализатор спектра одновременного действия и двухканальный вторичный регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я 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 второго 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 воспроизведения первого канала магнитного регистратора, а .выход блока воспроизведения

602874

1С во

77

ПР

u,й второго канала магнитного регистратора соединен с входом триггера Шмитта и входом второго канала вторичного регистратора.

Источники информации, принятые внимание при экспертиэе:

1. Патент США . 9 3422348, кл. 3241969.