Устройство для автоматического измерения шумов

 

Изобретение может быть использовано для измерения основных статистических характеристик источников шумовых сигналов. Цель изобретения - расширение диапазона частот исследуемого сигнала и расширение функциональных возможностей - достигается за счет использования стробоскопического метода анализа исследуемых процессов и дополнительного измерения автокорреляционной функции и интервала корреляции. Для измерения закона распределения сигнал с выхода источника 1 шума через последовательно соединенные усилитель 2, блок 3 слежения-хранения и блок 4 сравнения поступает в блок 5 статистической обработки. При этом по командам блока 7 управления в блоке 4 сравнения происходит сравнение исследуемого шума с опорным сигналом, вырабатываемым цифроаналоговым преобразователем 6. Для измерения автокорреляционной функции используются первый 2 и второй 8 усилители, первый 3 и второй 9 блоки слежения-хранения и линия 16 задержки. Выходные сигналы первого 3 и второго 9 блоков слежения-хранения перемножаются в перемножителе 10, интегрируются интегратором 11 и через аналого-цифровой преобразователь 12 поступают в блок 13 нормализации по дисперсии. С выхода последнего нормированное значение автокорреляционной функции поступает в блок 5 статистической обработки, выходной сигнал которого через блок 7 управления разрешает прохождение сигнала через элемент И 15. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1479896 А1 (51)4 С 01 К 29/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4311952/24-21 (22) 01. 10. 87 (46) 15,05. 89. Бюл. Р 18 (72) И.Ю. Васин, В. Г. Кармановский и В.В.Бодров (53) 621. 317. 15 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 796775, кл. G 01 R 29/26, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 1064235, кл. С 01 К 29/26, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ШУМОВ (57) Изобретение может быть использовано для измерения основных статистических характеристик источников шумовых сигналов. Цель изобретения расширение диапазона частот исследуемого сигнала и расширение функциональных возможностей — достигается за счет использования стробоскопического метода анализа исследуемых процессов и дополнительного измерения автокорреляционной функции и интервала корреляции. Для измерения закона распределения сигнал с выхода источника 1 шума через последовательно соединенные усилитель 2, блок 3 слежения-хранения и блок 4 сравнения поступает в блок 5 статистической обработки. При этом по командам блока 7 управления в блоке 4 сравнения происходит сравнение исследуемого шума с опорным сигналом, вырабатываемым цифроаналоговым преобразователем 6. Пля измерения автокорреляционнсй функции используются первый 2 и второй 8 усилители, первый 3 и второй

9 блоки слежения-хранения и линия 16 задержки. Выходные сигналы первого 3 и второго 9 блоков слежения-хранения перемножаются в перемножителе 10 ин- а

Э (O тегрируются интегратором 11 и через аналого-цифровой преобразователь 12 поступают в блок 13 нормализации по дисперсии. С выхода последнего норми- С э рованное значение автокорреляционной функции поступает в блок 5 статистической обработки, выходной сигнал которого через блок 7 управления разре- Д:Ь шает прохождение сигнала через элемент И 15. 2 з.п. A-лы, 4 ил. сО

1479896

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения основных статистических характеристик источников шу5 мовых сигналов.

Целью изобретения является расширение диапазона частот исследуемого шума за счет стробоскопического метода анализа исследуемых процессов и расширение функциональных возможностей, заключающееся в измерении автокорреляционной функции и интервала корреляции.

На фиг. 1 представлена блок-схема 15 предлагаемого устройства; па фиг. 2 блок-схема блока управления; на фиг. 3 — блок-схема блока нормализаций по дисперсии; на фиг. 4 — эпюры напряжений в характерных точках уст- 20 ройства.

В устройстве для автоматического измерения шумов источник 1 шума через усилитель 2, блок 3 слежения-хранения подключен к информационному входу бло- 5 ка 4 сравнения, выход которого подключен к входу блока 5 статистической обработки, а управляющий вход через цифроаналоговый преобразователь 6 к блоку 7 управления и через второй 30 усилитель 8, второй блок 9 слежения— хранения к входу блока 10 умножения, другой вход которого подключен к выходу первого блока 3 слежения-хранения, управляющий вход — к выходу блока 7 управления, а выход через интегратор 11 и аналого-цифровой преобразователь 12 — к входу блока 13 нормализации по дисперсии, выход которого подключен к входу блока 5 статис- 40 тической обработки и первому входу блока 14 сравнения, другой вход которого подключен к выходу блока 7 управления, а выход — к входу элемента И 15, выход которого подключен к 45 входу блока 5 статистической обработки, а другой вход совместно с первым входом линии 16 задержки — к выходу блока 7 управления, второй вход линии

16 задержки подключен к выходу блока 7 управления, первый выход линии

16 задержки подключен к управляющему входу блока 3 слежения-хранения, а второй выход — к управляющему входу второго блока 9 слежения-хранения, вход блока 5 статистической обработки подключен к выходу блока 7 управления, а вход блока 7 управления подключен к. выходу блока 5 статистической обработки, управляющий вход источника 1 шума подключен к выходу блока управления 7.

Первый блок 3 слежения-хранения состоит из аналогового ключа 17, информационный вход которого подключен к выходу усилителя 2, управляющий вход через формирователь 18 импульсов — к выходу линии 16 задержки, а выход — к запоминающему конденсатору

19 и входу буферного усилителя 20, выход которого подключен к входу блока 4 сравнения и входу блока 10 умножения, Второй блок 9 слежения-хранения состоит из аналогового ключа 21, информационный вход которого подключен к выходу усилителя 8, управляющий вход через формирователь 22 импульсов - к второму выходу линии 16 задержки, а выход - к запоминающему конденсатору 23 и входу второго буферного усилителя 24, выход которого подключен к второму входу блока 10 умножения.

Линия 16 задержки состоит из источника 25 опорного напряжения, выход которого подключен к входу блока 26 сравнения, выход которого подключен к формирователю 18 импульсов, а другой вход совместно с первым входом блока

27 сравнения подключен к выходу генератора 28 линейно изменяющегося напряжения, вход которого подключен к выходу блока 7 управления, второй вход блока 27 сравнения подключен к выхо- . ду цифроаналогового преобразователя

29, вход которого подключен к выходу блока 7 управления, а выход — к входу формирователя 22 импульсов, формирователи 18 и 22 импульсов выполнены на диодах с накоплением заряда, что необходимо для получения импульсов с крутыми фронтами, обеспечивающими высокое быстродействие аналоговых ключей 17 и 21, от которых зависит максимальная частота анализируемого процесса.

Блок 7 управления состоит из регистра 30 управления, регистров 31 и 32 данных и триггерà 33 подтверждения приема команд и данных. При этом входы регистров управления 30 и данных

31 и 32 подключены к блоку 5 статис-. тической обработки, а соответствующие выходы — к триггеру 33 подтверждения приема команд и данных, выход которого подключен к блоку 5 статистической обработки, кроме того, оставшиеся выходы регистра 30 управления подклю1479896 чены соответственно к источнику 1 шума, блоку 10 умножения, блоку 14 сравнения и к генератору 28 линейно изменяющегося напряжения, а оставшиеся

5 выходы регистров 31 и 32 данных подключены соответственно к цифроаналоговым преобразователям 6 и 29.

Блок 13 нормализации по дисперсии состоит из делителя 34, элемента 35 памяти, элемента И 36 и триггера 37.

Первый вход и выход делителя 34 являются соответственно входом и выходом блока 13 нормализации по дисперсии, а второй вход соединен с выходом (5 элемента 35 памяти, вход которого подключен к выходу элемента И 36, первый ехоп которого соединен с выходом триггера 37, вход которого объединен с вторым входом элемента И 36 и под- 2р ключен к входу блока 13 нормализации по дисперсии. !

Устройство работает следующим образом.

При измерении шумов (AHr 4а) из блока 5 статистической обработки в блок 7 управления поступают команды и данные, задающие п циклов измерений, при этом каждьж цикл содержит ш так- 30 тов опроса источника шума.

Для измерения закона распределения используется первый канал, состоящий из усилителя. 2 и блока 3 слеженияхранения. Один такт опроса состоит из подачи из блока 7 управления на источник 1 шума импульса, инициализирующего его работу, усилия входного сигнала источника 1 шума в усилите- 4р ле 2, фиксация в блоке 3. слеженияхранения мгновенного значения напряжения усиленного сигнала (фиг.4г) по фронту сигнала управления, поступающего из блока 7 управления (фиг.4б), 45 сравнения по амплитуде зафиксированного в блоке 3 мгновенного значения напряжения шума с опорным напряжением

U>, сформированным на выходе цифроайалогового преобразователя 6 по коду, поступающему из блока 7 управления. Если в данном такте мгновенное значение напряжения зафиксированного сигнала превосходит опорное напряжение U:,, то этот сигнал через блок 4 сравнения поступает на блок 5 статистической обработки.Вероятностьпрохождения сигналов через блок 4 сравнения определяется законом распределения источника 1 шума и гистерезисом блока 4 сравнения. В течение одного цикла измерений, состоящего из m тактов опроса, блок 5 статистической обработки подсчитывает количество тактов опроса и количество прошедших блок 4 сравнения сигналов.

Отношения этих двух чисел есть вероятность Р, прохождения выходного сигнала источника 1 шума через цепочку усилителя 2 и блок 4 сравнения при заданном U..

Далее из блока 7 управления на вход цифроаналогового преобразователя 6 поступает код, по которому формируется следующее опорное напряжение U;„ и цикл измерений повторяется. При i--1 U задается таким образом, чтобы Р,=1, в последующих циклах !1;, U,. При Р;=О измерения завершаются по сигналу, проходящему из блока 5 статистической обработки в блок 7 управления.

Для измерения значений автокорреляционной функции и определения интервала корреляции используется первый и второй измерительные каналы и линия 16 задержки. Первый и второй каналы соответственно состоят из усилителя 2 и блока 3 слежения-хранения, усилителя 8 и блока 9 слежения-хранения.

Сигнал с выхода источника 1 шума через усилители 2 и 8 поступает в блоки 3 и 9 слежения-хранения. Под действием сформированных управляющих импульсов (фиг. 4б и в), ключи 17 и 21 закрываются, и на запоминающих конденсаторах 19 и 23 устанавливаются мгновенные значения напряжений, которые хранятся в течение времени, необходимого для преобразования и об. работки (фиг.4г и д). Буферные усилители 20 и 24 обладают высоким входным сопротивлением, что обеспечивает малый ток утечки запоминающих конденсаторов 19 и 23.

Значения временных сдвигов между каналами, необходимых для получения значений автокорреляционной функции, получаются с помощью линии 16 задержки. С выхода генератора 28 линейно изменяющееся напряжение поступает на входы блоков 26 и 27 сравнения.

На выходе блока 26 сравнения в момент равенства линейно изменяющегося напряжения и напряжения с источника опорного напряжения U появляется им5 14798 пульс. На выходе блока 27 сравнения в момент равенства линейно изменяющегося напряжения и порогового напряжения U „« „ сформированного на

5 выходе цифроаналогового преобразователя 29 в соответствии с кодом, поданным из блока 7 управления, также появляется импульс. Разность опорного U и порогового U „,,напряже- 10 р ний определяет временной сдвиг между импульсами и, следовательно, время задержки между выбираемыми мгновенными значениями напряжения исследуемого процесса. 15

С выхода блоков 3 и 9 слеженияхранения мгновенные значения напряжения поступают в блок 10 умножения, который в соответствии с управляющими сигналами из блока 7 управления осу- 2р ществляет операцию умножения. С выхода блока 10 умножения сигналы поступают в интегратор 11, где формируется значение автокорреляционной функции

К „(О), соответствующее нулевому сдви- 25 гу. Из блока 7 управления поступает код, в соответствии с которым в линии 16 задержки устанавливается новое значение задержки.

С выхода интегратора 11 значения З0 автокорреляционной функции К „ поступают в блок аналого-цифрового преобра зователя 12 и затем в цифровом виде поступают в блок 13 нормализации по дисперсии. Значение К „(О) поступает на первый вход делителя 34, проходит открытый элемент И 36, записывается в элемент 35 памяти и переключает триггер 37 в нулевое состояние, при котором на его выходе появляется потенциал, запрещающий прохождение кода с блока аналого-цифрового преобразователя 12 через элемент И 36 в .элемент 35 памяти, не изменяющееся до конца измерения. Таким образом, последующие значения автокорреляционной функции К (.) номируются относительно К „(О) .

С выхода блока 13 нормализации по дисперсии нормированные значения автокорреляционной функции К „„ поступают в блок 5 статистической обработки и в блок 14 сравнения, где происходит сравнение с кодом, определяющим порог, задаваемый из блока 7 управления для определения интервала корреляции. В случае превышения заданного порога блок 14 сравнения вырабатывает сигнал разрешения, разрешающий прохождение через элемент И 1э в блок 5 статистической обработки управляющего кода, для цифроаналогового преобразователя 29, определяющего время задержки 7-.

После установления на линии 13 задержки значения, соответствующего максимальному сдвигу, измерения завершаются.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Устройство для автоматического измерения шумов, содержащее усилитель, подключенный к .выходу источника шума, блок сравнения, опорный вход которого подключен к цифроаналоговому преобразователю, информационные входы которого подключены к выходам блока управления, соответствующие выходы которого раздельно подключены к управляющим входам источника шума и блока статистической обработки, информационный вход которого подключен к выходу блока сравнения, а управляющий выход — к блоку управления, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей и диапазона частот измеряемых шумов, в него введены второй усилитель, два блока слежения-хранения, линия задержки, блок умножения, интегратор, аналого-цифровой преобразователь, блок нормализации по дисперсии, второй блок сравнения и элемент И, при этом вход второго усилителя объединен.с входом первого и подключен к выходу источника шума, информационные входы блоков слежения-хранения подключены соответственно к выходам первого и второго усилителей, управляющие входы — к выходам линии задержки, а выходы—

I к информационным входам блока умножения, при этом выход первого блока слежения-хранения подключен к информационному входу первого блока сравнения, выход блока умножения через интегратор и аналого-цифровой преобразователь подключен к входу блока нормализации по дисперсии, выход которого подключен к входам блоков статистической обработки и второго блока сравнения, опорный вход которого подключен к выходу управления, а выход — к входу элемента И, другой вход которого совместно с вторым входом линии задержки подключен к выходу

1479896

&п1

Риг.з блока управления, причем первый вход линии задержки также подключен к соответствующему выходу блока управления, выход элемента И подключен к входу блока статистической обработки.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок нормализации по дисперсии состоит из делителя, элемента памяти, элемента И и триггера, причем входы делителя, элемента И и триггера объединены и являются входом блока нормализации по дисперсии, выход триггера подклю.чен к второму входу элемента И, выход которого через элемент памяти последовательно подключен к второму входу делителя, выход которого является выходом блока нормализации по дисперсии.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что линия задержки состоит из генератора линейно изменяющегося напряжения, вход которого является первым входом линии задержки, а выход подключен к первым входам третьего и четвертого блоков сравнения, выходы которых являются первым и вторым выходамн линии задержки, цифроаналогового преобразователя, вход которого является вторым входом линии задержки, а выход подключен к второму входу четвертого блока сравнения, источника опорного напряжения, выход которого подключен к второму входу третьего блока сравнения.

1479896

Составитель Н.Иихалев

Редактор Т.Парфенова Техред N. Ходанич Корректор М.Васильева

Заказ 2540/45

Тираж 714

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101