Анализатор спектра частот

0 П И С А Н И Е l74709

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респчблин <

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 24.VI.1964 (№ 908060/26-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 07.1Х.1965. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания З.XII.1965

Кл. 21е, 11 0

Государственный комитет по делам изобретений и открытий СССР

МПК G Olr

УДК 621.317.353(088.8) Автор изобретения И. Я. Каверкин

Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА ЧАСТОТ

Подписная группа № 95

Известны анализаторы спектра частот, содержащие гетеродин, смеситель, фильтр промежуточной частоты, усилитель промежуточной частоты, детектор, двигатель, блок управления и устройство регистрации.

Предлагаемый анализатор отличается тем, что в нем выход детектора через клапан, подключенный также к логическому устройству, и линию задержки подсоединен к преобразователю аналог — цифра. Выход преобразователя соединен с печатающим устройством, а блок управления через схему задержки подключен к генератору тактовых импульсов, выход которого через клапан, подсоединенный также к логическому устройству, связан со счетчиком импульсов. Это позволяет регистрировать результаты в цифровой форме, автоматически сокращать в процессе анализа избыточную информацию и получать кодовые эквиваленты результатов для ввода в цифровые устройства.

С целью автоматического выделения момента настройки анализатора на максимум частотной составляющей, его логическое устройство содержит первый дифференцирующий элемент, подсоединенный к детектору, выход которого через усилитель-ограничитель подключен ко второму дифференцирующему элементу с выходом, соединенным с диодным ограничителем формирования импульса управления печатью.

На фиг. 1 представлена структурная схема анализатора; на фиг. 2 — вид результатов изменений, зарегистрированных самописцем, цифровым прибором без логического устрой5 ства и вместе с ним; на фиг. 3 — структурная схема логического устройства и диаграммы, иллюстрирующие принцип его действия.

Работа собственно анализирующей части I прибора (на фиг. 1 обведена пунктирной ли10 лией), типовой для гетеродинных анализатор о в, сводится к следую ще му.

При воздействии на смеситель 2 анализируемого сигнала, усиленного усилителем 3, и напряжения гетеродина 4, на выходе смесителя

15 2 возникают напряжения комбинационных частот. Одно из них с частотой, равной разности частот гетеродина f„и сигнала f, используется в качестве напряжения промежуточной частоты f„

20 Постоянство величины „р при анализе врабочем диапазоне частот сигнала от f,„„„до

/,„,„, достигается изменением частоты гетеродипа от „,„„до f„„так что для любой составляющей спектра „разность оказывается равной:

/„— fcl fop — — сопят.

Напряжение промежуточной частоты после прохождения фильтра б усиливается усилите30 лем б и детектируется детектором 7. Если это необходимо, в составе прибора предусматри174709

35 0

50 б5 ваются входной усилитель 8 и усилитель постоянного тока 8.

В известных анализаторах на их выходе включаются стрелочные показывающие приборы или самописцы.

Переход к цифровой форме представления результатов анализа имеет свою специфику и простой замены показывающего или самопишущего прибора цифровым оказывается недостаточно. Причина заключается в том, что цифровые приборы основаны на равномерной дискретизации измерений во времени, И если такую замену произвести, то для уменьшения вероятности пропуска в процессе измерений значений составляющих спектра (f„; f,„; .... на фиг. 2,а) частоту измерений придется увеличить. Быстродействие цифрового прибора должно быть таким, чтобы в интервалах, равных шагу квантования по времени (частоте), изменение измеряемой величины не превышало погрешности аппроксимации 6„, . Однако при этом измерения будут сопровождаться неоправданно большим количеством избыточной измерительной информации, затрудняющей последующую обработку результатов.

Содержащиеся в ней необходимые сведения о результатах анализа — значения амплитуд и частот составляющих спектра — составят ничтожную долю по сравнению с общим количеством результатов (фиг. 2,б), тем более, что последовательный анализ имеет дело с периодическими процессами, обладающими лин-ilчатым спектром. Для таких спектров (фиг.

2,а) отношение где ufo — разрешающая способность анализатора по частоте (полоса пропускания фильтра), ЛР— промежуток по оси частот между соседними составляющими спектра, лежит, как правило, в пределах нескольких десятков.

Предлагаемый способ предусматривает введение в состав схемы анализатора (фиг. 1) логического устройства 9, которое обеспечивает устранение избыточности измерительной информации при анализе сохранения преимуществ цифровой формы представления результатов.

В схеме анализатора логическое устройство

9 следит за процессом анализа и формирует управляющие импульсы, разрешающие измерения цифровым прибором напряжения У„ на выходе детектора 7 или усилителя 8 лишь при настройке анализатора на составляющие спектра.

Принцип работы логического устройства 9, структурная схема которого показана на фиг.

3, основан на использовании равенства нулю первой производной сигнала на входе устройства при его прохождении через максимальные значения. Процесс формирования устройством управляющих импульсов иллюстрируют графики. Входное напряжение У„ дифференцируется дифференцирующим элементом 10, усиливается и ограничивается ограничителем

11, приобретая форму, близкую к прямоугольной, Повторное дифференцирование элементом

12, детектирование и ограничение устройством

И обеспечивают получение на выходе логического устройства управляющих импульсов необходимой амплитуды и длительности.

С запуском схемы (фиг. 1) посредством блока управления 14 перестройка анализатора осуществляется автоматически вследствие изменения частоты гетеродина 4, орган настройки которого связан с двигателем 15. Напряжение промежуточной частоты У„с выхода детектора подается в процессе анализа одновременно на логическое устройство 9 и ключ

1б, разомкнутый в исходном поло>кении. При наличии в анализируемом сигнале составляющих напряжение на входе логического устройства 9 и ключа lб изменяется в соответствии с резонансной кривой фильтра б. В моменты достижения кривой напряжения максимумов (настройка анализатора на составляющие) логическое устройство выдает импульсы, воздействующие на ключ 1б и замыкающие его. Значения напряжения U„пропорциональные амплитудам составляющих спектра, через замкнутый ключ 1б и линию задержки 17 подаются на цифровой прибор, измеряются им (фиг. 2,a) и регистрируются цифропечатающим устройством 18.

Назначение линии 17 — временная задержка, необходимая для устранения ошибки в определении максимумов (амплитуд), вносимой за счет постоянной времени логического устройства.

Для регистрации значений частот составляю.цих анализируемого спектра предусмотрен генератор 19 таковых импульсов, которые с момента запуска анализатора подсчитываются счетчиком 20. Линия задержки 21 обеспечивает синхронизацию начала счета импульсов генератора 19 и изменения частоты гетеродина 4 с учетом инерции двигателя 1б.

Управляющие импульсы с выхода логического устройства, воздействуя на ключ 1б и разрешая измерение амплитуд составляющих, одновременно размыкают ключ 22, прекращая счет импульсов, и воздействуют на счетчик 20.

При этом результат счета выдается со счетчика на цифропечатающее устройство 18 для регистрации значения частот составляющих одновременно со значениями их амплитуд.

Предлагаемая схема обеспечивает измерение и регистрацию в цифровой форме лишь необходимого минимума результатов анализа, полностью устраняя при этом избыточность информации. Преобразователь 28 аналог— цифра служит для преобразования напряжения с выхода линии задержки 17 в цифровую форму.

Рассмотренная схема анализатора позволяет также без дополнительных усложнений получить в процессе анализа кодовые эквиваленты результатов для ввода их в ЭЦВМ или другие устройства дискретного действия.

174709! ! !

1 !

fcn.Й

fin Л г

Фиг 2

Фиг.3

Предмет изобретения

1. Анализатор спектра частот, содержащий гетеродин, смеситель, фильтр промежуточной частоты, усилитель промежуточной частоты, детектор, двигатель, блок управления и устройство регистрации, отличающийся тем, что, с целью регистрации результатов в цифровой форме, автоматического сокращения в процессе анализа избыточной информации и получения кодовых эквивалентов результатов для ввода в цифровые устройства, в нем выход детектора подсоединен через клапан, подключенный также к логическому устройству, и линию задержки к преобразователю аналог — цифра, выход которого соединен с печатающим устройством, блок управления через схему задержки подключен к генератору тактовых импульсов, выход которого подсоединен через клапан, подсоединенный также к логическому

5 устройству, к счетчику импульсов.

2. Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью автоматического выделения момента настройки анализатора на максимум частотной составляющей, в нем логическое уст10 ройство содержит первый дифференцирующий элемент, подсоединенный к детектору, выход которого через усилитель-ограничитель подключен ко второму дифференцирующему элементу, выход которого соединен с диодным

15 ограничителем формирования импульса управления печатью.