Анализатор частотного спектра

Анализатор частотного спектра

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Г

t

1 (72) Автор. изобретения

М.М. Таран (71) Заявитель (54) АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНОГО СПЕКТРА

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для выделения гармонических составляющих периодических сигналов сложной формы, измерения их амплитуд, а также фазовых сдвигов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является анализа10 тор частотного спектра, который состоит из группы анализирунщих фильтров, детекторов, интеграторов, двух коммутаторов, индикатора, переключателя, входного устройства, формирователя интервала времени, ключа, делителя частоты, генератора импульсов, двух счетчиков, схемы совпадения, триггера, прерывателя и источника опорного напряжения Ll) .

В

Недостатком данного устройства является невозможность измерения значений фазовых сдвигов полученных г:гармонических составляющих исследуемого сложного сигнала и невозмои ность представления гистогрвюиа фазового спектра в реальном времени.

Кроме того, на форму сигнала влияют и величины начальных фаз сос4 тавлякщнх спектра.

Следовательно, топько амппитудно-фаэочастотный анализ может дать полное представление о спектре сигнала.

Цель изобретения - расщирение функциональных воэможностей, Поставленная цель достигается тем, что в анализатор частотного спектра, содержащий группы последовательно соединеннын анализирующих фильтров, детекторов, интеграторов, выходы которых через один из двух коммутаторов подключены к входу индикаторй ., последовательно соединенные триггер, прерыватель, переключатель и входной блок, последовательно соединенные формиро"

900209

1С

Зо

4S

55 ватель импульсов и первый ключ, последовательно соединенные генератор импульсов и делитель частоты, два счетчика, выходы которых под ключены ко входам элемента совпадения, входы детекторов связаны со входами второго коммутатора, и источник опорного напряжения, а входы второго счетчика подключены к выходам генератора импульсов и элемента совпадения, дополнительно вводится усилитель-ограничитель, последовательно соединенные со входами детекторов, автоматический переключатель, амплитудный детектор, аналого-цифровой. преобразователь, цифроаналоговый преобразователь и второй ключ, выход которого подключен к первому входу прерывателя, измеритель периода, сумматор, последовательно соединенные блок управления и измеритель периода, третий ключ, включенный между источником опорного напряжения и третьим входом прерывателя, первый отсчетный блок, последовательно соединенные с генератором импульсов цифровой фазометр с памятью и второй отсчетный блок, элемент задержки и переключатель каналов, включенный между входным блоком и избирательными фильтрами, выход автоматического переключателя соединен со вторым входом цифрового фазометра и со вторым входом измерителя периода, третий вход которого связан с выходом делителя частоты, а выход - co входом первого счетчика, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым отсчетным блоком, вход триггера через элемент задержки соединен с выходом элемента совпадения и со входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого ключа, а выход — к третьему входу второго счетчика, вход формирователя импульсов соединен с выходом усилителя-ограничителя, вход которого связан с выходом второго коммутатора, второй выход прерывателя соединен со вторым входом цифрового фазометра, а выходы блока управления соединен с управляющими входами трех ключей,элемента зедержки и сумматора.

° На чертеже приведена структурная схема устройства.

Анализатор содержит переключател

1, входной блок 2, группу избирательных фильтров 3, группу детекторов 4, группу интеграторов 5, первьп коммутатор 6, индикатор 7, второй коммутатор 8, формирователь 9 импульсов, первый ключ 10, делитель

11 частоты, генератор 12 импульсов, счетчики 13 и 14 импульсов, элемент совпадения 15, триггер 16, прерыватель 17, источник 18 опорного напряжения, усилитель-ограничитель 19, автоматический переключатель 20; амплитудный детектор 21, аналогоцифровой преобразователь 22, первый отсчетный блок 23, цифро-аналоговый преобразователь 24, второй ключ 25, измеритель 26 периода, сумматор 27, блок 28 управления, третий ключ 29, цифровой фазометр

30 с памятью, второй отсчетный блок

31, элемент задержки 32, переключатель 33 каналов.

Устройство работает в трех режимах.

При этом возможно измерение амплитуд гармонических составляющих и в последовательном, и в параллель" ном анализе. Для последовательного анализа предусмотрена калибровка по пробному сигналу, что повышает точность измерений. Режим калибровки используется и при измерении начальных фаз гармонических состав-. ляющих.

В режиме измерения амплитуд гармонических составлялцих без калибровки работа схемы осуществляется следующим образом.

Переключатель 1 фиксируется в положении, при котором соединяется входное гнездо с входным блоком 2, ключ 25 фиксируется в разомкнутом состоянии. При такой фиксации переключателя 1 и ключа 25 входной сигнал поступает на входной блок 2 и далее через переключатель каналов

33 на выбранный фильтр 3, где выделяется одна из гармонических составлянпих сигнала, на которую настроен фильтр, после чего напряжение отфильтрованной гармоники поступает на детектор 4, интегратор 5, а затем напряжение сигнала подключается через первый коммутатор 6 к индикатору 7 для индикации.

Повышение точности измерения достигается за счет использования калибровки по пробному сигналу. В

900209 6 этом режиме схема работает следующим образом.

Переключатель 1 фиксируется во втором положении, соединяя прерыватель 17 со входным блоком 2. Второй коммутатор 8 позволяет подключаться к любому каналу анализатора. Третий ключ 29 подключает источник 18. опорного напряжения к прерывателю 17, а второй ключ 25 остается в разомкнутом состоянии.

При этом переменная составляющая сигнала выбранного канала поступа-, ет на усилитель-ограничитель 19, где происходит ограничение его амплитуды, затем сигнал поступает на формирователь 9 импульсов и после пер" вого ключа 10 сформированные импульсы с периодом повторения, равньм периоду сигнала выбранного канала, поступают на сумматор 27 и далее управляют работой второго счетчика

l4 импульсов, заполняющегося в этот момент импульсами с генератора 12 импульсов. Следовательно, количество импульсов, записанное в регистр счетчика 14 будет пропорционально периоду сигнала выбранной гармоники.

Это количество импульсов поступает на один из входов многоразрядного элемента совпадения 15. На другой вход его поступает непрерывное коли чество импульсов с выхода многоразрядного регистра сдвига первого счет чика 13. Счетчик 14 заполняется непрерывными импульсеж, поступающими с генератора 12 импульсов через делитель 11 частоты. Измеритель 2б периода заблокирован блоком 28 управления так, что импульсы с делителя 11 частоты подаются непосредственно на вход счетчика 13 импульсов и сигнал с автоматического переключателя 20 на счетчик 13 не воздействует. На выходе элемента совпадения 15 появляется сигнал каждый раз, как только количество импульсов, поступающих с регистров сдвига счетчика 13 сравняется с количеством импульсов, записанным в регистры сдвига счетчика 14.

С выхода элемента совпадения !5 импульсы проходят через элемент задержки 32 на вход триггера 16, нри этом схема элемента задержки 32 заблокирована и не воздействует на поступающие импульсы. Выходные импульсы триггера 16 воздействуют на

l0 !

2S

55 прерыватель 17, которыи ч свою очередь модулирует выходное напряже" ние источника 18 опорного напряжения,, Полученная серия" прямоугольных импульсов фиксированной амплитуды и с длительностью, соответствующей периоду измеряемого сигнала гармони" ки выбранного канала, является калибровочным сигналом, который подается на переключатель 1 и используется в дальнейшем при калибровке анализатора.

В режиме измерения начальных фаэ гармонических составляющих, функциональные узлы схемы находятся в следующем состоянии.

Третий ключ 29 разомкнут, второй ключ 25 . замкнут, автоматический переключатель 20 включает канал, фазу гармонической составляющей которого необходимо измерять.

При этом с выхода автоматического переключателя 20 переменная составляющая гармоник поступает на амплитудный детектор 21, где детектируется и далее на аналого-цифровой преобразователь 22 поступает постоян. ная составляющая, величина которой пропорциональна амплитуде входного сигнала. Аналого-цифровой преобразователь 22 преобразует этот сигнал в цифровой код, поступающий на первый отсчетный блок 23 для индикации гистограммы параллельного анализа.

Одновременно сигнал поступает на цифроаналоговый преобразователь 24, далее - на ключ 25 и прерыватель 17. управление прерывателем осуществляется импульсами триггера .16.

Импульсы запуска триггера 16 формируются следующим образом.

Сигнал измеряемой гармоники после автоматического переключателя 20 поступает также на один из входов цифрового фазометра 30 и на измеритель 26 периода. Последний обеспечивает поступление с делителя 11 частоты количество импульсов, пропорциональное периоду исследуемой гармоники. Это количество импуль- . сов фиксируется в многоразрядном сдвиговом регистре счетчика 13 и подается на один из входов элемента совпадения 15. На другой вход элемента совпадения 15 поступают импульсы со сдвиговых регистров счетчика

14 импульсов, который в непрерывном режиме работы фиксирует импуль900209

1О

20 и

30 ла.

Формула изобретения

И сы генератора 12 импульсов. При совпадении количества импульсов, поступающих с генератора !2 импульсов с количеством импульсов, записанным в регистрах сдвига счетчика !3 импульсов, на выходе элемента совпадения 15 появится импульс, который обнулит счетчик 14 и перебросит триггер 16 в другое состояние.

Импульсы, образунлциеся после триггера 16 являются управляющими для прерывателя 17. Прерыватель обеспечивает модуляцию выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 24. Образующиеся при этом прямоугольные импульсы поступают на переключатель 1 для калибровки тракта фильтрации и на второй вход цифрового фазометра 30, что позволяет контролировать работу цифровой части тракта формирователя. При отсутствии погрешности в тракте формирователя на втором отсчетном блоке

31 индицируется нулевой фазовый сдвиг.

Для измерения фазового сдвига выбранной гармоники по отношению к первой, производится привязка сфориированного сигнала к начальной фазе первой гармоники следующим образом. Коммутатор 8 подключает сигнал первого канала к усилителю-ограничителю 19. При этом отметим, что схема второго коммутатора 8 допускает подключение любого канала анализатора, что обеспечивает измерение фазы выбранной гармоники по отношению к любой гармонике сложного сигнала. После усилителя-ограничителя 19 сигнал поступает на формирователь импульсов 9 и через ключ

10 — на сумматор 27. Поступивший импульс обнуляет счетчик 14 и возобновляется заполнение его регистров импульсами с генератора 12 импуль- сов. После этого начинается описанный ранее процесс сравнения и выделения импульсов с периодом следования, соответствующим периоду измеряемого сигнала.

В это время элемент задержки 32 открывается, а поступающие с выхода элемента совпадения 15 импульсы управляют триггером 16 и на цифровой фазометр 30 подается сигнал, начальная фаза которого синхронизирована с начальной фазой сигнала первой гармоники. Таким образом, на один из входов ц!!френи! о ф,i 3о. !» g>.t посту!изет синусоид !!!ь(!ыи !! (! !.! liз меряемой фазы, а на другой !!одаюгси прямоуго!!ь!!Е!е импульсы, равны» по амплитуде синусоиде с начальной фазой, совпадающей с фазои п»рчой гармоники, т.,е. фазовый сдвиг между этими сигналами соответствует фазовому сдвигу между исследуемым сигналом и сигналом первой гармоники.

Изобретение позволяет значительно расширить выполняемые !!звестным анализатором функции за счет новых возможностей изм»реиия значений фазовых сдвигов гармонических состав!Еяющих исследуемого сложного сигнала.

Следует также отметить, что устройство анализатора фаз с формирователем,у которого амплитуда опорного (калибровочного) сигнала равна амплитуде исследуемой гармоники, отличается от известных анализаторов фаз и фазометров тем, что в данном устройстве исключается амплитуднофазовая погрешность, которая имеет место в существующих анализаторах и фазометрах.

Кроме того, данное устройство обес-печивает возможность точного измерения начальных фаз отдельных гармоник относительно начальной фазы не только первой, но и любой гармонической составляющей сложного сигнаАнализатор частотного спектра, содержащий группы последовательно соединенных анализирующих фильтров, детекторов!интеграторов, выходы которых через один из двух коммутаторов подключены к входу индикатора, последовательно соединенные триггер, прерыватель, переключатель и входной блок, последовательно соединенные формирователь импульсов и первый ключ, последовательно соединенные генератор импульсов и делитель частоты, два счетчика, выходы которых подключены ко входам элемента совпадения, входы детектор зв связаны со входами второго коммутатора, и источник опорного напряжения, а входы второго счетчика подключены к выходал! генератор» импульсов !! элемента совпадения, о т л и ч B l0 щ и и с я т»м что с целью расширения функциональных возможностей устройства, в чего введены усилитель-ограничитель, последовательно соединенные со входами детекторов автоматический переключатель, амплитудный детектор, анаюго-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь и второй ключ, выход которого подключен к первому входу прерывателя, измеритель периода, сумматор, последовательно соединенные блок управления и измеритель периода, третий ключ, включенный между источником опорного напряжения и третьим входом прерывателя, первый отсчетный блок, последовательно соединенные с генератором импульсов цифровой фаэометр с памятью и второй отсчетный блок, элемент задержки и переключатель каналов, включенный между входным блоком и избирательными фильтрами, выход автоматического переключателя соединен со вторым входом цифрового фазометра и со вторым входом измерителя периода, 900209 10 третий вход которого связан с выходом делителя частоты, а выход " со входом первого счетчика, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым отсчетным блоком, вход триггера через элемент задержки соединен с выходом элемента совпадения н со входом сумматора, второй вход которого под10 ключен к выходу первого ключа, а выход — к третьему входу второго счетчика, вход формирователя импульсов соединен с выходом усили" теля-ограничителя, вход которого

1з связан с выходом второго коммутатора, второй выход прерывателя соединен со вторым входом цифрового фаэометра, а выходы блока управления соединены с управляющими входа20 ми трех ключей, элемента задержки и сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

25 по заявке Ф 2539072/18-21, кл. 6 01 Я 23/16, 1977.

900209

Составитель Е. Данилина

Редактор Н.Бобкова Техред Т,Маточка Корректор У.Пономаренко

Заказ 12175/62 Тираж 718 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал 1ПШ Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4