Анализатор спектра

(088.8 Аппар стык сл гия, 1 ПЕКТРАширова атор 3,атель 7,и 21 пдиятурное опр учайных пр 72, с. 244 кодор 1 о с.лит е лис а ни(57) Изо вано для ной вибр етение можетсследования э ь и ьзоа выполваны ноо позвоного ш- кала гар сплуа энерг етени ции со сложным ом. Цель изоб нкциональных а. Анализатор ическим спект ширение ф с озможностеи анализа е с елить-4 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗО А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСВ-ели 5 дисперсии, коммут тодикатор 24. В устройство вравляемый узкополосный фильвертор 2, двухвходовый сумманалого-цифровой преобразовключи 8, 14 и 16, олоки 19ти, преобразователи 10 и :3временной интервал, генератмонических сигналов, преобртель 17 частота - код и вычный блок 22, Кроме того, нпредставлена конкретная схенения индикатора 24 и образвые функциональные связи. 3ляет выделить в составе с;.:орокополосного случайного си ионические компоненты и опреих уровень и частоту, 3 ил.13221Изобретение относится к анализуспектра широкополосных случайных сигналов, содержащих гармонические компоненты, и может быть использованодля исследования эксплуатационнойвибрации со сложным энергетическимспектром,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей анализатора спектра, а именно выделение в 10составе сложного широкополосного случайного сигнала гармонических компонент с определением их уровней и частот,На фиг.1 представлена Функциональная схема анализатора спектра; нафиг.2 и 3 - спектрограммы, поясняющие работу анализатора.Анализатор спектра содержит последовательно соединенные управляемый 20узкополосный фильтр 1, иивертор 2,двухвходовый сумматор 3, параллельные каналы анализа, каждык из которыхсостоит из последовательно соединенных полосового Фильтра 4 и измерите- .25ля 5 дисперсии, выходы которых подключены к соответствующим входам коммутатора 6, выход которого подключенчерез последовательно соединенныеАЦП 7, первый ключ 8, первый блок 9памяти, и первый преобразователь 10код - временной интервал к суммато ру 11, выход которого подключен к модулятору (например, красного цвета)цветной телевизионной трубки 12. К 35другому модулятору (например синегоцвета) подключен выход второго прербразователя 13 код - временной интервал, вход которого через третийключ 14 подключен к выходу АЦП 7. Вы- фход перестраиваемого по частоте генечнератора 15 гармонических сигналовподключен к управляющему входу управляемого узкополосного фильтра 1 и кпоследовательно соединенным второмуключу 1 б преобразователю 17 частота - код, схеме 18 сравнения кодов,к другому входу которой подключенсчетчик 19 номера канала, и блоку 20Формирования метки, выход которогоподключен к другому входу сумматора 11. Выход второго блока 21 памятиподключен к первому входу вычислительного блока 22, выход которогоподключен к входу блока 23 Формирования символов, выход которого подключен к третьему входу сумматора 11,Второй, третий и четвертый входы вы 71 2числительного блока 22,соединены соответственно с выходами преобразователя 17 частота - код, первого блока 9 памяти и АЦП 7, Второй выходсчетчика 19 номера канала подключенк управляющим входам коммутатора би первого блока 9 памяти.Первый преобразователь 1 О код -временной интервал, сумматор 11,цветная телевизионная трубка 12, второй преобразователь 13 код - временной интервал, схема 18 сравнения кодов, счетчик 19 номера канала, блок 20формирования метки, блок 23 формирования символов входят в состав индикатора 24, при этом первым входомпоследнего является вход первого пре"образователя 1 О код - временной интервал, вторым входом - второй входсхемы 18 сравнения кодов, третьимвходом - вход второго преобразователя 13 код - временной интервал, ачетвертым входом - вход блока 23 формирования символов.Анализатор спектра работает следующим образом,Входной широкополосный сигнал, содержащий узкополосные случайные игармонические компоненты (фиг.2 а)поступает на вход управляемого уэкополосного фильтра 1 и на второй входдвухвходового сумматора 3. Первоначально частота настройки управляемогоузкополосного фильтра 1 находится эа,пределами частотного диапазона анали"затора спектра, т,е Гс , где- начальная частота настройки уп"онравляемого узкополосного фильтра 1,а- нижняя рабочая частота аналинзатора спектра. В этом случае на выходе управляемого фильтра 1 сигналотсутствует, и на выход двухвходовогссумматора 3 через его второй входпроходит весь входной сигнал без иэ"менений, спектр которого соответствует Фиг. 2 а. Широкополосный сигналразбивается полосовыми Фильтрами 4параллельных каналов измерений наряд узкополосных сигналов, поступающих на входы измерений 5 дисперсий.С выхода последних сигналы в виде постоянных напряжений, пропорциональных дисперсиям узкополосных сигналов,поступают на соответствующие входыкоммутатора 6.С выхода коммутатора б сигналыпоступают на вход АЦП 7, где осуществляется преобразование сигнала изаналоговой формы в цифровую. С выхода АЦП 7 сигнал в цифровой форме поступает через замкнутый в исходномсостоянии первый ключ 8 в первыйблок 9 памяти, при этом ключи 14 и 16разомкнуты и управление первым блоком 9 памяти и коммутатором б осу ществляется с выхода счетчика 19 номера канала. С выхода первого блока 9 памяти сигнал поступает через 10первый преобразователь 1 О код - временной интервал 10 и сумматор 11 намодулятор цветной телевизионной трубки 12 (например, красного цвета) .При этом на экране телевизионной 15трубки 12 результаты параллельногоспектрального анализа высвечиваютсяв виде светящихся столбцов красногоцвета по числу параллельных каналовизмерения, уровни которых соответствуют дисперсиям сигналов в соответствующих полосах частот,Таким образом по окончании времени спектрального анализа в первомблоке 9 памяти находятся результаты 25параллельного спектрального анализаи одновременно эти результаты высвечиваются на экране телевизионной трубки 12 в виде столбцов красного цвета.Затем ключ 8 размыкается,а ключ 14 30замыкается, с выхода генератора 15гармонического сигнала гармоническийсигнал переменной частоты поступаетна управляющий вход управляемого узкополосного фильтра 1 и перестраивает его по частоте. При этом частотагармонического сигнала изменяетсяоператором от Г до Г, где Г и Гсоответственно нижняя и верхняя границы частотного диапазона анализато1 ра спектра,С выхода управляемого узкополосного Фильтра 1 узкополосный сигнал через инвертор 2 поступает на первый45 вход двухвходового сумматора 3, на второй вход которого поступает измеряемый широкополосный сигнал . В результате противофазного суммирования (вычитания) узкополосного и широкопо 50 лосного сигналов, на выходе двухвходового сумматора 3 появляется разностный сигнал, причем на частоте настройки управляемого узкополосного фильтра 1 происходит полное вычита 55 ние сигналов, так как коэффициент усиления цепи управляемый узкополосный фильтр 1 - инвертор 2 равен единице, а суммарный фазовый сдвиг1322171сигнала 180. Таким образом, с помощью управляемого узкополосногофильтра 1 осуществляется режекциясигнала в узкой полосе частот, В процессе перестройки управляемого узкополосного фильтра 1 осуществляетсяплавное сканирование частоты настройки и последовательное подавление всехчастот анализируемого широкополосного сигнала,С выхода двухвходового сумматора 3широкополосный сигнал поступает напараллельные каналы 4 анализа. С выхода измерителей 5 дисперсий сигналыпоступают через коммутатор 6 на входАЦП 7, с выхода которого сигнал вцифровой форме через замкнутый третийключ 14 поступает на вход второгопреобразователя 13 код - временной .интервал, и далее на модулятор цветной телевизионной трубки 12 (синегоцвета), На экране цветной телевизионной трубки 12 продолжают отображаться результаты первого спектрального,анализа с выхода первого блока 9 памятиВ процессе сканирования частотынастройки управляемого узкополосногофильтра 1 и совпадения ее частоты счастотой гармонической компонентыпроисходит полное подавление последней, что отражается на экране индикатора цветной телевизионной трубки 12(фиг, 2 б), а при совпадении частотынастройки управляемого узкополосногофильтра 1 с центральной частотой узкополосной случайной компоненты полного подавления последней не происходит, и на экране индикатора цветной телевизионной трубки 12 появляется отображение в виде, представленном на фиг. 2 в.В момент, когда частота генератора 15 гармонического сигнала совпада. ет с частотой гармонической компоненты, о чем судят по изображению на экране цветной телевизионной трубки 12(Фиг. 2 б), оператор останавливаетперестройку частоты генератора 15гармонического сигнала и замыкаетвторой ключ 1 б,1При этом гармонический сигнал свыхода генератора 15 гармоническогосигнала поступает через замкнутыйвторой ключ 16 на вход преобразователя 17 частота - код, с выхода которого сигнал в цифровой форме (характеризующей значение частоты гармо35 А (У)2 ДАВЯ:Ап ( )ее, 1 1 е( ), ф где А И) - амплитуда сигнала нае еыквыходе и-го анализирующего фильтра на 1-й частоте;Для уменьшения статистической погрешности оценки амплитуды гармонической компоненты вычисление амплитуды гармонической компоненты осуществнического сигнала) поступает на первый вход схемы 18 сравнения кодов и на второй вход вычислительного блока 22. На второй вход схемы 18 сравнения кодов поступает сигнал в цифро вой форме со второго выхода счетчика 19 номера канала. При совпадении кодов на первом и втором входах схемы 18 сравнения кодов (что указывает на совпадение значений частоты гар монического сигнала с частотой, вырабатываемой счетчиком 19 номера канала) на его выходе появляется сигнал, который поступает на вход блока 20 формирования метки, с выхода последнего сигнал поступает через сумматор 11 на модулятор цветной телевизионной трубки 12 (красного цвета) . При этом на соответствующем месте растра индикатора появляется метка, 20 характеризующая местоположение на частотной оси значения частоты генератора 15 гармонического сигнала (или, что тоже самое, место на час-. тотной оси частоты настройки управляемого узкополосного фильтра 1) .Одновременно на первый, третийи четвертый входы вычислительного блока 22 поступают сигналы соответственно с выходов второго блока 21 памяти, 30 первого блока 9 памяти и АЦП 7. Во втором блоке 21 памяти хранятся инФормация об амплитудно-частотных характеристиках анализирующих фильтров .и программа вычислений.По значению частоты гармонического сигнала, поступающего на второй вход вычислительного блока 22, определяется номер (и) анализирующего фильтра, в полосе которого находится 4 О гармоническая компонента Г;, и значение коэффициента передачи 1 с(1,) фильтра на этой частоте. Известное соотношение, связывающее вход и вы" ход анализирующего фильтра, позволя ет оценить истинное значение амплитуды гармонической компоненты ляется с использование, откликов ана-, лизирующих Фильтров, соседних с и-м анализирующим Фильтром. Оценка амплитуды гармонической компоненты осуществляется путем усреднения по Формулео+2 А (Е)-выемеию м ВШЮ М1, 1 с (Е;)А И ) -----ех е5С выхода вычислительного блока 22 сигнал, характеризующий значение амплитуды гармонического сигнала на -й частоте, поступает на вход блока 23 формирования символов. С выхода последнего сигнал, несущий информацию о значении уровня гармонической компоненты, сформированный для отображения на экране индикатора цветной телевизионной трубки 12 в виде надписи в соответствующем месте растра (например, в правом верхнем углу), поступает через сумматор 11 на модулятор цветной телевизионной трубки 12 (например, красного цвета)При этом в правом верхнем углу растра высвечи" вается уровень гармонической компоненты в виде надписи, например, "Ур. гарм. 25 дБ".После этого оператор размыкает второй ключ 1 б и продолжает перестройку частоты генератора 15 гармонического сигнала, при этом прекращаются вычисление в вычислительном блоке 22 и исчезает надпись в правом верхнем углу растра цветной телевизионной трубки 12. Управляемый узкополосный фильтр 1 при поступлении на его управляющий вход гармонического сигнала переменной частоты изменяет соответственно свою частоту настройки и процесс определения гармонических компонент в исследуемом сигнале продолжается аналогично указанному.Рассматривают более общий случай оценки уровня и частоты гармонической компоненты при наличии не только узкополосной случайной компоненты, но и широкополосного случайного сигнала в виде йекоторой равномерной подставки в частной области (фиг,3 а).При наличии широкополосного случайного сигнала в полосе частот в окрестности частоты гармонической компоненты, несмотря на полную режекцию гармонической компоненты, на экранеиндикатора цветной телевизионной1322171 1 О 45 50 55 трубки 12 остается остаточный уровень сигнала на частоте режекции (фиг,За, б,в). Это объясняется тем, что полосы пропускания анализирующих фильтров 4 имеют конечное значение (относительно широкое), а полное вычитание сигнала происходит лишь на одной .-й частоте, Поэтому в процессе вычисления уровня гармонической компоненты необходимо учитывать остаточный уровень широкополосного сигнала, Вычисление оценки уровня гармонической компоненты в этом случае осуществляется по формуле:(1)4 где 0; ,(Е ,ЬЕ; ),ЬГ - соответственно дисперсия широкополосного случайного сигнала и полоса пропускания1-го анализирующего фильтра 4В формуле (1) суммирование осуществляется по разному числу анализирующих фильтров (5 и 4), так какоценка спектральной плотности широкополосного случайного сигнала осуществляется по выходу анализирующихфильтров 4 после режекции, поэтомуна и-й анализирующий фильтр 4, в полосе которого осуществлена режекция,проходит только часть широкополосного случайного сигнала и следовательно оценка спектральной плотности ноего выходу недостоверна. В связи с;этим значение дисперсии на выходеи-го анализирующего фильтра 4 формула не учитывает,формула и з о б р е т енияАнализатор спектра, содержащийнабор полосовых фильтров, к выходукаждого из которых подключены измерители дисперсии, выходы которых подключены к коммутатору, индикатор,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью расширения функциональных возможностей, в него введены последовательно соединенные управляемый узкополосный фильтр, инвертор, двухвходовый сумматор, выход которого подоключен к входам полосовых фильтров,последовательно соединенные аналогоциФровой преобразователь, первый 20 25 30 35 40 8ключ и первый блок памяти, подключенный к первому входу индикатора, вычислительный блок, второй блок памяти, подключенный к первому входу вычислительного блока, последовательна соединенные перестраиваемый по частоте генератор гармонического сигналавторой ключ и преобразователь частота - код, выход которого подключен к второму входу вычислительногоблока и второму входу индикатора,третий ключ, включенный между выходом аналого-цифрового преобразователя и третьим входом индикатора, входом анализатора является вход управляемого узкополосного фильтра, который соединен также с вторым входомдвухвходового сумматора,.к управляющему входу управляемого узкополосного фильтра подключен выход генератора гармонического сигнала, третийвход вычислительного блока подключенк выходу первого блока памяти, четвертый вход вычислительного блокаподключен к выходу аналого-цифровогопреобразователя, управляющий выходиндикатора подключен к управляющимвходам коммутатора и первого блокапамяти, выход вычислительного блокаподключен к четвертому входу индикатора, который выполнен на цветнойтелевизионной трубке с блоком развертки и содержит последовательносоединенные счетчик номера канала,схему сравнения кодов, блок формирования метки и сумматор, выход которого подключен к модулятору цветнойтелевизионной трубки, например, красного цвета, причем второй вход схемы сравнения является вторым входом индикатора, блок формирования символов, вход которого является четвертым входом индикатора. а выход подключен к другому входу сумматора, первый преобразователь код - временной интервал, вход которого является первымвходом индикатора, а выход подключенк третьему входу сумматора, второйпреобразователь код - временной интервал, вход которого является третьим входом индикатора, а выход подключен к модулятору цветной телевизионной трубки, например, синего цвета, при этом другой выход счетчика номера канала является управляющимвыходом индикатора,1322171 Составитель В.СмолинГорная Техред Л.0 лийнык Корректор Л.Патай Редакт Заказ 2858/40В Производственно-полигра жгород ул . Проектная,дприяти ко Тираж ЭЗО ЕЖПИ. Государственног по делам изобретении 13035, Москва, Ж, РаушПодписнЬемитета СССРоткрытийя наб ь д