Устройство для измерения спектров переходных процессов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскиз Социалистических Республик(43) Опубликовано 1504.78. Бтоллетень % 1 Гаауаератвеаакб ааиатетОааата Маааатров 606 Раа,делам ааобратвааЯа атарктаЯ УДК 621. 317(45) Да публикования описания 24,03(72) втор изобретеии Л, Оклад 7) итель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СПЕКТРОВ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ зобретенияерения - дройство длодных проц повышение точтигается тем,измерения спектсов, содержащее 1Изобретение относится к области измерительной техники, в частности канализаторам спектра частот в реальном масштабе времени.Известно устройство для измеренияспектров переходных процессов, состоящее иэ большого числа узкополосных фильтров, полоса пропускания каждого из которых занимает определенный диапазон частот.в пределах частотного спектра анализируемого сигнала.Входные цени Фильтров эакорочены между собой, а с выходами этих Фильтров соединена логическая схема. Исследуемый входной сигнал поступает т 5одновременно на входы всех фильтров,которые производят разложение исследуемого сигнала на спектральные составляющие. Соединенная с выходами Фильтров логическая схема обеспечивает по- ЯОмучение отсчетных сигналов, характеризующих спектр исследуемого входногосигнала 1).Однако известное устройство имеетнедостаточно высокую точность измерения,Цель иности изм осчто в уст яМров перех ес ЗО анализатор спектра одновременного действия и двухканальный вторичный регистратор, дополнительно введены двухканальный магнитный регистратор, состоящий в каждом канале из блока записи н блока воспроизведения записи,причем вход блока записи первого канала магнитного регистратора соединен с выходом анализатора спектра,а также последовательно соединенные генератор н преобразователь частоты, выход которого связан с входом блока записи второго канала, последовательно соединенные триггер Шмитта, ждущий мультивибратор и ключ, выход которого соединен с входом первого канала вторичного регистратора, а второй вход ключа связан с выходом блока воспроизведения первого канала магнитного регистратора, а выход блока воспроизведения второгоканала магнитного .регистратора соединен с входом триггера Шмитта и входом второго канала вторичного регистратора.На фиг. 1 показана блок-схема устройстват на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства в режиме первичной регистрации спектрального сигнала; на фиг, 3 - спектр установившегося процессат на фиг. 4мгновенный спектр переходного процесса; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие работу устроиства в режиме воспроизведения и вторичной регистрации спектрального сигнала.Устройство содержит в своем сос таве анализатор 1 спектра одновременного действия, предназначенный для измерения спектров исследуемых сигналов, и двухканальный магнитный регистратор (МР) с кольцевой протяжкой ленты. Вхо дом устройства является, входная цепь анализатора 1. Первый канал МР, состоящий из блока записи 2 и блока воспроизведения 3, предназначен для первичной регистрации показаний анализатора 1. 15 Выход анализатора 1 соединен со входом блока записи 2 первого канала МР. Вы" ход блока воспроизведения 3 первого канала МР соединен со входом нормально закрытого ключа 4, предназначенного 20 для соединения блока воспроизведения 3 первого канала МР со входом первого канала вторичного регистратора 5. Регистратор 5 предназначен для записи выходных сигналов блоков воспроизведе ния первого и второго каналов МР. В качестве регистратора 5 в устройстве применен светолучевой осциллограф, осуществляющий запись на осциллографической бумаге или пленке.Кроме того в состав устройства входят последовательно соединенные между собой генератор б переменного напряжения автоматически изменяющейся частоты и преобразователь 7 частоты в пос-; тоянное напряжение. Генератор б пред 35 назначен для формирования переменного напряжения произвольной амплитуды с автоматическим изменением частоты. Преобразователь 7 предназначен для формирования постоянного напряжения, 40 величина которого зависит от частоты сигнала, поступающего на вход преобразователя 7 с выхода генератора б. Второй канал МР, состоящий-из блока записи 8 и блока воспроизведения 9, 45 предназначен для первичной регистрации выходного постоянного напряжения, формируемого преобразователем 7. Вход блока записи 8 второго канала МР сое" динен с выходом преобразователя 7, а 50 выход блока воспроизведения 9 второго канала МР соединен со входом триггера Шмитта 10. Триггер Шмитта 10 предназначен для запуска ждущего мультивибратора 11, вход которого присоединен к выходу триггера Шмитта 10. Ждущий мультивибратор 11 предназначен для управления состоянием нормально - закрытого ключа 4, управляющий вход которого соединен с выходом ждущего мультивибратора 11. Выход ключа 4 соединен со входом первого канала вторичного регистратора 5, Вход второго канала вторичного регистратора 5 соединен непосредственно с выходом блока :воспроизведения 9. Работа устройства в режиме первичной регистрации спектрального сигнала происходит следующим образом.Исследуемый процесс, зарегистрированный предварительно в виде электрического сигнала Ц(1), по одному из каналов многоканального магнитного регистратора поступает на вход анализатора спектра 111 ри этом магнитный регистратор МР работает в режиме записи, выполняя регистрацию спектрального сигнала (Г,поступающего на вход блока записи 2 первого канала МР с выхода анализатора 1. Спектральный сигнал Ц по форме представляет собой последовательность серий импульсов положительной полярности. Количество импульсовв каждой серии определяется числом выделенных при помощи анализатора 1частотных компонентов в исследуемом сигнале Ц, а период повторения серий: Тцопределяется техническими характеристиками анализатора 1. В существующих анализаторах спектраодновременного действия величина Тсоставляет несколько десятков миллисекунд. Одновременно с включением МР врежим записи приводится в действиегенератор б. На фиг, 1 это условно показано в виде пунктирных линий, соединяющих блоки записи 2 и 8 с генераторами б. При работе устройства в режиме первичной регистрации спектрального сигналас выхода генератора бна вход преобразователя 7 поступаетпеременное напряжение ЦЗ произвольнойамплитуды с постоянного нарастающейчастотой З . Сигнал 5 преобразуетсяпреобразователем 7 в постоянное напряжение, величина которого зависит отчастоты б сигнала )з на выходе генератора б, Практическй в рабочем диапазоне преобразователя 7 при равномер"ном нарастании частоты б на выходепреобразователя 7 наблюдается линейнонарастающее во времени напряжение ЦЭти процессы отражены на фиг. 2 графическими зависимостями5) и О 6(,),Выходной сигнал б преобразователя 7поступает на вход блока записи 8 второго канала МР, Процесс первичной регистрации спектрального сигнала 1)блоком записи 2 первого канала МР илинейно нарастающего. постоянного напряжения О блоком записи 8 второгоканала МР продолжается непрерывно дотех пор, пока по показаниям индикаторного блока анализатора спектра 1 небудет обнаружено возникновение переходного процесса. (Индикаторный блок нафиг. 1 с целью упрощения чертежа непоказан),На первом графике фиг,2., отображающем характер изменения во времени,реализации исследуемого сигнала 0 Ь)момент возникновения переходного процесса на оси абсцисс отмечен коорди 602874натой С, а момент затухания переходного процесса - координатной 12 . На втором графике фиг. 2, отображающем характер изменения во времени спектрального сигнала 13 на выходе анализатора 1 (см.фиг.1), установившимся значениям процесса соответствуют мгновенные значения спектра, существующие до момента С( и после момента С , а . переходному процессу соответствуетмгновенный спектр, отмеченный между 1 О двумя указанными моментами времени.Работа МР в режиме записи прекращается после полного переходного процесса, т.е, непосредственно после момента С . При этом по первому каналу МР окажется зарегистрированным спектральный сигнал 11, соответствующий переходному процессу, имеющему место между моментами времени С 1 и С 2.По второму каналу МР окажется зарегистрированным отрезок линейно нарастающего постоянного напряжения Уз с максимальным значением 06,соответствующим моменту С прекращения записи. Структура спектрального сигнала О(Ц, соответствующего участкам Установившегося процесса У,(С) при ОсСС и при С 1 показана на фиг,3. Структура спектрального сигнала П, отображающего мгновенный спектр переходного процесса, соот ветствующего сигналу У (С) при ССС показана, на фиг. 4, На этом завершается процесс первичной регистрации спектрального сигнала, отображающего мгновенный спектр переходного 35 процесса, соответствующего показаниям первого канала многоканальной системы измерения. Следующим этапом работы устройства является воспроизведение и вторичная регистрация спектрального сигнала, отображающего мгновенный спектр переходного процесса, соответствующего показаниям первого канала многоканаль ной системы измерения. Работа устройства в указанном режиме происходит следующим образом.Магнитный регистратор с кольцевой протяжкой ленты включается в режим 50 воспроизведения. При этом с выхода блока воспроизведения 3 первого канала МР выходной сигнал Ц 3 поступает на вход нормально закрытого ключа 4, а с выхода блока воспроизведения 9 второго канала МР выходной сигнал 111 поступает на вход триггера Шмитта 10, Перед началом работы устройства в режиме воспроизведения производится калибровка триггера Шмитта 10 совместно с преобразователем частоты 7. Операция калибровки заключается в том, что на вход триггера Шмитта 10 с выхода преобразователя 7 подается сигнал, величина которого не превышает 80-90 величины сигнала Ц , соответствующего моменту времени 116 И), 11(С) (см.фиг.5), при этом триггер Шмитта 10регулируется на срабатывание от укаэанного уменьшенного значения сигнала.Уменьшенное до 80-90% значение сигнала на указанном графике обозначено1,ординатой 116. При работе устройства в режиме воспроизвкения срабатывание триггера Шмитта 10 происходит вмомент С , когда величина сигнала 11,поступающего на вход триггера Шмитта 10 с выхода блока воспроизведения 9второго канала МР, достигнет величины, равной величине калибровочного(1 паю,сигнала 11 . При этом срабатываниетриггера Шмитта 10 происходит в моментвремени С , когда величина сигнала111,постуйающего на вход триггераШмитта 10 с выхода блока воспроизведения 9 достигнет величины 11 , равнойвеличине калибровочного сигналами,При срабатывании триггера Шмитта 10сигнал T на его выходе, близкий кнулю до момента времени С, приобретает некоторое значение Р . Ступенчатое изменение сигнала 1 Г от нуля до8величины 1) , поступая с выхода триггера Шмитта 10 на вход ждущего мультивибратора 11, вызывает его срабатывание. При этом на выходе ждущегомультивибратора 11 появляется сигнал аз,имеющий форму прямоугольногоимпульса длительностью дС . СигналУс выхода ждущего мультивибратора 11поступает на управляющий вход нормально закрытого ключа 4, при этом ключ 4переходит в открытое состояние и пребывает в этом состоянии в течение промежутка времени дС, т,е. с момента времени С до момента времени С 3, 11 оистечении промежутка ьремени дС, когдав момент Сз сформируется задний фронтимп,ульсного сигнала У 9 на выходе ждущего мультивибратора 11, ключ 4 возвращается в закрытое состояние. В течение периода времени дС,начинающегосяв момент времени С и заканчивающегосяв момент С выход блока воспроизведения 3 первого канала МР через ключ 4окажется присоединенным ко входу первого канала вторичного регистратора 5.Структура сигнала 0 на выходе ключа 4, поступающего на вход первого канала вторичного регистратора 5, показана на пятом графике фиг.5. Одновременно с операцией регистрации спектраль"ного сигнала вторичный регистратор 5по своему второму каналу. производитрегистрацию нарастающего напряжения Ц,1, непрерывно поступающего с выхода блока воспроизведения 9 второгоканала МР,При работе устройства в режиме вос"произведения триггер Шмитта 10 воэвра"щается в исходное состояние в моментвремени 1 , когда напряжение Ц 1 навыходе блока воспроизведения 9 второгоканала МР, достигнув максимальнбго значения 1) ,резко падает до нуля.тапПосле завершения операций воспроизведения первичной магнитной записи ивторичной регистрации спектрального 5сигнала, отображающего характер мгновенного спектра переходного процессано показаниям первого канала многоканальной системы измерения (МСИ), устройство переключается в режим обра- Оботки электрических сигналов )Ь),соответствующих другим каналам МСИ.Действие устройства при обработкесигналов, соответствующих любому (кроме первого) каналу МСИ после того, )5как выполнен полный цикл обработки выходного сигнала, соответствующего первому каналу МСИ) происходит следующимобразом,Сигнал ТХ, соответствующий д -ному каналу МСИ, поступает на вход анализатора спектра 1, с выхода которогоспектральный сигнал У, отображающийхарактер спектра исследуемого сигнала цЯ,подается на вход блока записи 2 первого канала МР. Первый канал МРпрн этом работает в режиме записи, вто время, как второй канал МР работаетв, режиме воспроизведения сигнала Осогласно показанному на первом графике фиг. 5, Сигнал 37 с выхода блокавоспроизведения 9 поступает на входтриггера Шмитта 10, калибровка уровнясрабатывания которого соответствуетзначению О, ,Триггера Шьжтта 10 срабатывает в момент времени 1 когданапряжение 0 на его входе достигнетзначения 1 . При срабатывании триггера Шмитта 10 напряжение на его выходе ступенчато изменяется от величины,1близкой к нулю, до значения 08, Воздействие этого перепада напряжения навход, ждущего мультивибратора 11 вызывает его срабатывание, в результатечего на выходе ждущего мультивибратора 11 появляется прямоугольный импульс 0 Э длительностью ьФ Указанныйимпульс, поступая на управляющий входключа 4, переводит его на период времени ь 1 иэ нормально закрытого в открытое состояние. Вследствче этого втечение периода ь 1, начинающегося вмомент В 2 и заканчивающегося в момент Сз выход блока воспроизведения 3апервого канала МР окажется черезключ 4 присоединенным ко входу первого канала вторичного регистратора 5.В момент времени тъ, когда на выходеждущего мультивибратора 11 сформируется задний фронт прямоугольного импульса Ц процесс записи сигнала О поЯ / 60первому каналу МР прекращается и пер"вый канал МР переключается на режимвоспроизведения. При следующем циклевоспроизведения кольцевой записи в момент, времени Ф произойдет соединение выхода блока воспроизведения 3 пер- Бб вого канала МР с первым каналом вто, ричного регистратора 5. По второму каналу вторичного регистратора 5, как и прежде, производится непрерывная регистрация сигнала Ц.Очевидно, что постоянная калибровка триггера Шмитта 10, выполненная при обработке сигнала 01), соответствующего первому каналу МСИ, обеспечит обработку сигналов П(фсоответствующих остальным каналам МСИ, в течение периода времени ь 1 начинающего ся в строго заданный момент временила, В этом и заключается принцип привязки во времени результатоз измерения спектров при обработке выходных сигналов многоканальной системы измерения. Производя калибровку триггера Шмитта 10 на различные величины сигнала Ч, формируемого преобразователем 7, можно производить аппаратурный спектральный анализ переходных процессов, свойственных выходным сигналам многоканальной системы измерения в различные моменты времени.Использование новыхэлементов (двухканального магнитного регистратора с кольцевой протяжкой ленты, генератора переменного напряжения с автоматически изменяющейся частотой, преобразователя частоты в постоянное напряжение, триггера Шмитта, ждущего мультивибратора и ключа) выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, поскольку обеспечивает возмокность аппа.ратурной обработки переходных процессов свойственных выходным сигналам многокальной системы измерения, при наличии временной .привязки между ре-, зультатами обработки сигналов по всем каналам.Формула изобретенияУстройство для измерения спектров переходных процессов, содержащее анализатор спектра одновременного действия и двухканальный вторичный регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены двухканальный магнитный регистратор, состоящий в каждом канале из блока записи и блока воспроизведения записи, причем вход блока записи первого канала магнитного регистратора соединен с выходом анализатора спектра, а также последовательно соединенные генератор и преобразователь частоты, выход которого связан с входом блока записи второго канала, последовательно соединенные триггер Шмитта, ждущий мульти- вибратор и ключ, выход которого соеди нен с входом первого канала вторичного регистратора, а второй вход ключа связан с выходом блока воспроизведения первого канала магнитного регистратора, а .выход блока воспроизведениявторого канала магнитного регистратора соединен с входом триггера Шмиттаи входом второго канала вторичного регистратора,и,й Источники информации, принятыево внимание при экспертиэе:1. Патент США . М 3422348, кл. 32477, 1969.ПР602874 Жп.у ЦНИИПИ Эаказ 2841/41Тираж 1112 Подписное лиал ПП Ужгоро Патент,л,Проектная,