Анализатор частотных характеристик

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заивлено 210377 (21) 2462156/18-21 51)М. Кл. с присоединением заявки Мо 6 01 й 23/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 0502,80, Бюллетень Мо 5 Дата опубликования описания 0502,80(71) Заявитель Специальное конструкторское бюро систем промышленной автоматики(54) АНАЛИЗАТОР ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Изобретение относится к областиизмерительной техники, а именно, канализаторам частотных характеристик сильно инерционнык промышленных объектов и систем автоматического регулирования, подверженных воздействию случайных возмущений.Известны анализаторы, содержаыиеизмерительный блок, блоки управления, 10сравнения и регистры Г 11.Недостатком их является то, чтоони не обеспечивают автоматическоговыбора числа периодов усреднения,оптимального с точки зрения продол.жительности измеренийНаиболее близким по техническомурешению к предлагаемому являетсяанализатор, содержащий блок измере ния амплитуды и фазы сигнала, блокиусреднения, управления и регистрации Г 2) .Недостатком данного устройстваявляется большая продолжительностьвремени измерения параметров сигнала.Цель изобретения - сокращениевремени измерения,Указанная цель достигается тем,что в анализатор частотных характеристик, содержащий последовательносоединенные измерительный блок иблок усреднения, блок управления,входы которого связаны соответственно с пусковым реле, с входом анализатора через формирователь, вход которого соединен свходом измерительного блока, а также с первым выходом блока усредненияи с выходом переключателя, вход которого подключен к первому входу первого выходного устройства, второе,третье и четвертое выходные устройства, дополнительно введены двазапоминаюших регистра, блок сравнения, числовой задатчик и регистрсдвига, информационные выходы которого подключены к соответствуюшимвходам блока усреднения, а два других выхода подключены соответственно к входам второго и Третьего выходного устройства, вход последнегоиз которых подключен также к одномуиэ входов блока управления, один выход которого подключен к объединенйым установочным. входам блока усреднения, и регистра сдвига, а другойвыход соединен со вторым установочным входом регистра сдвига и одновременно с первыми входами обоих запоминающих регистров, второй входодного из которых подключен к второму выходу блока усреднения, а выходсоединен со вторым: входом второгозапоминающего Регистра, с вторым входом первого выходного устройства и. с первым входом блока сравнения,второй вход которого подключен к выходу второго запоминающего регистра,а третий вход соединен со входомчетвертого выходного устройства и свыходом числового задатчика, входыкоторого соединены с соответствующими информационными выходами регистра1 сдвига, при этом выход блока сравне. ния соединен с первым входом первого.выходного устройства."Иа чертеже представлена структурная схема анализатора.Анализатор содержит Формирователь Щ1, измерительный блок 2, блок 3 усреднения, запоминающие регистры 4, 5,.блок б сравнения, числовой задатчик7 выходные устройства 8-11, пусковое реле 12, блок 13 управления, р 5регистр 14 сдвига, переключатель 15.Работает анализатор следующим об-разом. Каждый циклизмерения" начинается после нажатия оператором пускового реле 12, При этом блок 13 управления своим выходным сигналом очищаетблок 3 усреднения и устанавливаетрегистр 14 сдвига в исходное состоянйе, В последующий момент, например,в момент перехода .входного сигналачерез его среднее за период колебаний значение, формирователь 1 вы-дает импульс на блок 13 управления,который разрешает блоку 3 усредненияприем информации с измерительногоблока 2. 40В течейие первого периода колебаний входного сигнала блок 2 "измеряетсоответствующее этому периоду значение параметра колебаний и в концеэтого или в начале следующего перио- да колебаний гередает это значениевблок 3 усреднения, который Формирует на своем выходе цифровой сигнал,соответствующий значению параметраколебаний эа первый период. Послеокончания формирования указанногозначения сигнала на втором выходеблока 3 усреднения вырабатываетсясигнал, который, поступая на входблфа 13 управления, вызывает наего выходе появление импульса раз-.решающего запись в запоминающий регистр 4 числового значения параметра колебаний, измеренного эа первыйпериод колебаний, и сдвигает единицу во второй разряд регистра 14 60сдвига.Аналогично описанному вьиае послеокончания измерения значения параметра колебаний за второй "периодколебаний выходной сигнал блока 3 65 усреднения в некоторый момент време ни будет иметь значение, отображающее среднее арифметическое из двух значений параметра колебаний, одно из которых соответствует первому, а второе - второму периоду колебаний, при этом возникает очередной сигнал на втором выходе блока 3 усреднения, появление которого приводит к записи в запоминающий регистр 5, предшествующего (по времени) содержимого запоминающего регистра 4, т,е. значения периода колебаний, измеренного за первый период колебаний, а в запоминающий регистр 4 укаэанного среднего арифметического значения параметра колебаний за первый и второй периоды колебаний, т.езначение параметра колебаний, усредненное по закону среднего арифмети- ческого за первые два периода колебаний), а единичный уровень в регистре 14 сдвига перемешается в третий разряд.Примерно через период в регистрах 5 и 4 окажутся записанными значения .параметра колебаний, усредненные по закону среднего арифметического за первые два и за первые три периода колебаний соответственно. Таким образом, если считать, что значение параметра колебаний, измеренное эа первый период колебаний, также является усредненным за один перид колебаний, то, в общем случае, ймеем что, пока число периодов колебаний Я не превышает числа М, где М - максимальный номер разрешающего входа блока 3 усреднения, в регистрах 4 и 5 записаны значения параметра колебаний, усредненные за Б и 0-1 периодов колебаний соответственно.В условияхшума, наложенного на входной сигнал, результаты измерения блоком 2 измерения параметра кодебаний за разные периоды,колебаний могут отличаться от истинного значения параметра и друг от друга, причем тем сильнее, чем интенсивнее шум. Однако, в ряде случаев по мере увеличения числа периодов усреднения абсолютная величина разности последнего и предыдущего усредненных значений, монотонно уменьшается, а сами усредненные значения приближаются к истинному значению измеряемого параметра колебаний (по такому же закову), так что указанная абсолютная величина разности может служить мерой достоверности или точности измерения, Ьлок б сравнения сравнивает между собой числа Д и Д, которые являются усредненнйми зчачениЯми паРаметРа колебаний эа Ии И периодов колебаний соответственно, и формирует выходной логический сигнал тогда, когда разность этихзначений по абсолютной величине станет меньше некоторого числа Д , выдаваемого на один из входов блока 6 сравнения числовым задатчиком 7. Допустим, что переключатель 15 разомкнут. Если число Д выбрано большевозможного значения измеряемого параметра (например, установкой оператором переключателя числового задатчика 7 в соответствующее положение), то выходной сигнал блока 6 сравнения разрешает индикацию выходным устройством 8 любого числа, записанного в регистре 4. Все время, По-, ка НЙ М, выходной сигнал выходного устройства 8 -(например, показания цифрового отсчетного устройства)отображает значение параметра колебаний, усредненное за возрастающеечисло Н периодов колЕбаний.Пусть число До выбрано относительно небольшим, напримет таким, что оно соответствует одному проценту отверхнего предела измерения параметра колебаний. При этом, в зависимости от интенсивности и характерашума во входном сигнале, блок 6 сравнения либо сработает при некоторомй и даст разрешение на выдачу результата измерения выходному устройству 8, при этом цикл измерения, по су ществу, закончен, либо, если число периодов колебаний окажется недостаточным для того, чтобы абсолютная величина разности значений измеряемого параметра колебаний, усредненного эа И и Ипериодов колебаний, стала меньше числа До не сработает и анализатор в этом случае не выдаст результата, При 01 на выходе 1-го разряда регистра 14 сдвига возникает единичный уровень, который увеличивает выходное число числового эадатчика 7, например, в два раза, и блок 6 сравнения сравнивает абсолютную величину разности значений измеряе- мого параметра колебаний, усреднен- ных за И 1 периодов колебаний, с увеличенным выходным числом числового задатчика 7. Если при этом блок 6 сравнения срабатывает, то на выходе выходного устройства 8 появляетсярезультат измерения и цикл измерения, по существу, закончен. Если же и в этом случае блок 6 сравнения не сработает, то, аналогично описанному выше, с помощью регистра 14 сдвига в следующем периоде колебаний производится дальнейшее увеличение выходного числа числового задатчика 7. Если при этом блок 6 сравнения срабатывает, то на выходе выходного устройства 8 появляется результат из" мерения и цикл измерения, по сущест- ву, закончен. Если же и в этом случае блок 6 сравнения не сработает, то с помощью регистра 14 сдвига в следующем .периоде колебаний производится дальнейшее увеличение выходного числа числового задатчика 7, Указанный процесс продолжается либо досрабатывания блока сравнения 6 исоответственно, окончания цикла измерения, либо до возникновения единичного уровня в последнем разрядерегистра 14 сдвига, который блокирует дальнейшее пропускание блока13 управления на его выход выходныхимпульсов Формирователя 1 и останавливает этим цикл измерения, а такжес помощью выходного устройства 9сигнализирует о несоответствии статистических характеристик шума (илисамого исследумого объекта) возможностям анализатора, или о возможной.неисправности, или о неправильнойустановке режима работы анализатора.Если переключатель 15 замкнут,то выходной сигнал блока 6 сравненияодновременно с разрешением выдачи 2 О результата измерениявыходному устройству 8 блокирует пропускание блоком 13 управления на его выход выходных импульсов Формирователя 1 ипрекращает этим цикл измерения. Вы ходные устройства анализатора сохраняют свои выходные состояния, например, показания, до нового цикла иэмерения, который может быть начат,как указывалось выше, нажатием реле 12.Выходное устройство 10 индицируетвеличину выходного числа числового задатчика 7, например, выраженную в процентах от верхнего предела измерения параметра колебаний, Эта инФормация может быть использована, например, совместно с числом периодов колебаний, совершенных в данномцикле измерения, для оценки статистических свойств шума входного сигнала или самого исследуемого объекта.Выходное устройство 11 индицирует, например, показания числа;периодов колебаний, совершенных входнымсигналом в процессе измерения. Этаинформация может быть использованапри статистических исследованияхшума входного сигнала или самого исследуемого объекта, а также для текущей оценки исправности анализатора Таким образом, предложенный ана 1 изатор обеспечивает выдачу результата измерения параметра колебаний эа минимальное время, необходимое для удовлетворения заданного критерия достоверности и измерения, при этом освобождает оператора от необходимости постоянно следить за выходными сигналами анализатора и дает ему воэможность оценки соответствия установленных параметров и режимов работы анализатора анализируемому процессу, т.е. обладает еше и повьшенным по сравнению с иэвест714304 Формула изобретения ИПИ Заказ 9278/41 Тираж 1019 Подписное илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4 ными анализаторами удобством в работе. Анализатор частотных характеристик, содержащий последовательно соединенные измерительный блок и блок усреднения, блок управления, входы которого связаны соответственно с пусковым реле, с входом анализатора через формирователь, вход которого соединен с входом измерительного блока, а также с первым выходом блока усреднения и с выходом переключателя, вход которсго подключен к первому входу первсго выходного устройства, второе, третье и четвертое выходные устройства, о т л и ч а ю - щ о Й с я тем, что, с целью сокращения времени измерений, в него дополнительно введены два запоминающих регистра, блок сравнения, число-, вой задатчик и регистр сдвига, инфррмационные выходы которого подключены к соответствующим входам блока усреднения, а два других выхода подключены соответственно к входам второго и третьего выходных устройств, вход последнего иэ которых подключен также к одному из входов блока управления, один выход которого подключен к объединенным установочным входам блока усреднения и регистра сдви. Ь га, а другой выход соединен со вто.рым установочным входом регистрасдвига и одновременно с первыми входами обоих запоминающих регистров,второй вход одного из которых подключен к второму выходу блока усреднения.,а выход соединен со вторым входомвторого запоминающего регистра, свторым входом первого выходного устройства и с первым входом блокасравнения, второй вход которого подключен к выходу второго запоминающего регистра, а третий вход соединенсо входом четвертого выходного устройства и с выходом числового задатчика, входы которого соединены ссоответствующими информационнымивыходами регистра сдвига, при этомвыход блока сравнения соединен спервым входом первого выходного устройства. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США 93917927,кл. 235/92 ТГ, опублик. 1975.25 2. Пневматический анализатор частотных характернстик для динамическсй оптимизации промышленных САР.Технический отчет Ленинградскогоспециализированного пусконаладочногоо управления треста Севэапмонтажавтоматика Минмонтажспецстроя СССР,Л., 1973.