RU1817865C - Способ определени величин, характеризующих нестабильность движени магнитного носител - Google Patents

Abstract

Использование: техника магнитной записи , исследование работы лентопрот жных механизмов. Сущность изобретени : воспроизвод т эталонную сигналограмму; измер ют и перевод т в цифровую форму одноименный момент времени перехода через ноль воспроизведенного сигнала. Накапливают массив результатов измерений в объеме, достаточном дл  утверждени  о представительности выборки. Определ ют мгновенные значени  назначаемых периодов , корректируют их величины, вычисл ют среднее значение периода воспроизведенного сигнала. По разнице между средним и текущим мгновенным значени ми перио дов определ ют множество мгновенных отклонений скорости движени  магнитного носител . Определ ют множество мгновенных коэффициентов колебани  скорости носител , из совокупности которых определ ют эффективное и пиковое значени  колебани  скорости. Из множества мгновенных коэффициентов колебани  ско . рости, распределенных по длине носител  спектральным анализом, вы вл ют амплитудно-частотную характеристику нестабильности движени  носител , которую корректируют характеристикой среднего слухового воспри ти . Обратным преобра- зозанием Фурье получают р д мгновенных значений коэффициентов детонации, из которого определ ют эффективное и пиковое значени  коэффициентов детонации. 3 ил. ел

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано при иссле- довани х работы лентопрот жных механизмов в технике магнитной записи.

Цель изобретени  - повышение точно сти и достоверности определени  величин, характеризующих нестабильность движени .

На фиг.1 приведена схема устройства дл  реализации способа; на фиг.2 - экспериментальна  зависимость увеличени  девиации периода Ти от его величины Тк дл  различных типов магнитофонов: а) магнитофон Электроника б) магнитофон Ис- сык-Куль на фиг.За приведена спектральна  характеристика магнитофона Электроника на фиг.Зб -.магнитофоч

00

о ел

ы

на - приставки Иссык-Куль МПК 101-сте- рео.

Устройство содержит нуль-орган 1 (см.фиг. 1), на вход которого подаетс  измерительна  сигналограмма, формирователь импульсов 2, выход которого через схему выделени  фронта импульса 3 подключен к схеме управлени  буферным регистром 4, один из выходов которого соединен с входом схемы выработки сигнала Обращение 5, кварцевый генератор 6, схему синхронизации и управлени  7, один выход которой соединен с другим входом схемы выделени  фронта импульса 3, а другой выход св зан со счетным входом двоичного счетчика-8, информационный выход которого соединен с входом буферного регистра 9, выход которого соответственно через интерфейс параллельного обмена 10 соединен с общей шиной 11 ЭВМ 12. Активизаци  интерфейса параллельного обмена 10 осуществл етс  по приходу сигнала Обращение со схемы 5.

Способ с помощью данного устройства осуществл етс  следующим образом. Воспроизводима  синусоидальна  эталонна  сигналограмма подаетс  на нуль-орган 1, который переходом из одного крайнего состо ни  в другое крайнее состо ние фиксирует момент времени перехода через ноль измерительного сигнала, т.е. формируетс  импульсный сигнал, передний фронт которого по вл етс  в момент перехода через ноль измерительной сигналограммы. Под воздействием переднего фронта импульсного сигнала формирователь импульсов 2 вырабатывает сигнал, нормированный по амплитуде и по длительности, который подаетс  на схему выделени  переднего фрон- та импульса 3. Указанна  схема предназначена дл  выделени  переднего фронта нормированного сигнала в дискретно-фиксируемый момент времени, определ емый высокочастотным сигналом, поступающим с кварцевого генератора 6 через схему синхронизации и управлени  7. Эта операци  необходима дл  четкой синхронизации последующих действий с сигналом , Кроме того, схема 3 устран ет повторный запуск устройства до тех пор, пока не закончитс  полный цикл обработки прин того сигнала. Схема управлени  и синхронизации 7 передает высокочастотную импульсную последовательность с кварцевого генератора б на счетный вход двоичного счетчика 8, состо ние которого дискретно мен етс . С другой стороны, схе- м; управлени  буферный регистром 4 з момент времени обусловленный пг.зленпрм ИЗМГРЧТЙЛЬНШО сигнала вырабатывает сигнал Сброс и Занесение , поступающие на управл ющие входы буферного регистра 9. Сигнал Сброс обнул ет буферный регистр 9, а сигнал Занесение обеспечивает размещение в буферном регистре существующее на данный момент времени двоичное состо ние счетчика 8. На следующем этапе вырабатываетс  сигнал Обращение в схеме выработки сигнала

Обращение 5, который активизирует интерфейс параллельного обмена 10. Интерфейс параллельного обмена 10, наход щийс  под программным управлением ЭВМ обеспечивает передачу двоичного

состо ни  буферного регистра (т) в заранее определенную  чейку оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) ЭВМ через канал ЭВМ (предполагаетс , что структура канала - обща  шина). В следующую  чейку

ОЗУ ЭВМ заноситс  следующее состо ние буферного регистра обусловленного состо нием двоичного счетчика в момент по влени  следующего измерительного сигнала (Г + 1). Таким образом осуществл етс  накопление в пам ти ЭВМ массива результатов измерени  в необходимом объеме V. Последующие преобразовани  над элементами массива результатов измерени  способствуют вы влению величин,

характеризующих нестабильность движени  магнитного носител  возле магнитной головки.

Нестабильность движени  возле магнитной головки характеризуетс  выражением

Ti п +к + 1 -Я

(D

где К 0,1,2...„п

При К 0 получают TI - мгновенный период воспроизводимого сигнала.

Докажем, что период воспроизводимого сигнала может служить изначальной величиной; способствующей оценке составл ющих скорости движени  магнитного носител . Принимают, что в процессе записи носитель движетс  с идеальной посто нной скоростью. Дл  измерени  используют гармонический сигнал

з Im Sincoota.

(2)

Функци  масштаба времени F(t) дл  воспроизводимого сигнала при вредней скорости записи, р гчой средней скорости воспроизведени 

F (т ) 1 Ъ г.. г 1{.V)

Воспроизводимый сигнал по ЭДС (I) (без учета знака)

|- Em-sinufc t+/J 5b(t)dt. (4)

При временном методе измерени  можно использовать девиацию воспроизведенного периода

tb(t)«t+jjd.b(t)dt.. (5)

При учете составл ющих нестабильности скорости, д b(t) получают соответствующие составл ющие девиации периода воспроизводимого сигнала; дрейф, детерминированную и случайную. Если

t - Тз const ;(б) переобозначив Tb(t)Ti и д b(t)Ki получают

I/ Ti-Тз Ai

- -

ТзТз

(7)

Г- и воспроизведении записанного гармони . jckoro сигнала с магнитного носител  возникает паразитна  амплитудна  модул ци  с коэффициентом модул ции равным 5 b(t), Следовательно при измерении колебаний скорости временным методом необходимо предусмотреть возможность исключени  паразитной амплитудной модул ции . В реальных услови х это может быть достигнуто фиксацией момента по влени , сигнала на уровне соответствующего нуле вому сдвигу фазы, Дл  этого в устройстве, реализующем способ, входной сигнал подаетс  на ноль-орган 1.

По предлагаемому способу осуществл ют измерение и представление в цифровой форме момента времени одноименного пё-: рехода через ноль, а не сам Период, Этб . св зано с тем, что при К 0 ошибки дискретизации по времени  вл етс  посто нной и не зависит от величины кратного периода Т|. После ввода результатов измерени  tj в ОЗУ ЭВМ имеет массив т.-.

Г |7Г1 . Г2 .... Г| ... tv + l}, (8)

из которого согласно выражению (1) получа- ют массив периодов Т, характеризующих движение магнитного носител 

T {t1,t2 , . . . ti, . . . tv},

(9)

Проведем коррекцию величин вход щих в множество Т. Дл  этого ввод т пон тие о межинтервальном шаге S. В исходном множестве межинтервальный шаг примерно ра- вен 1, т.е.

S ti / Тз.

(10)

Если это условие нарушаетс , (а оно может быть нарушено в результате выпадени  сигнал aJ.S-o необходимо прин ть меры по исключению элемента массива ti из множества Т по условию

15

0,5 S 1,5r

(И)

при этом осуществл   коррекцию пор дкового номера массива Т, Таким образом устран етс  погрешность в оценке движени 

магнитного носител . Достоверность представлени  точечных оценок св зана с объемом выборки V. Примен   методы статистического анализа, (использу  правила Старжесса дл  построени  вариационного р да измерений, сделав предположение о применении в качестве выравнивающей кривой, кривой выраженной законом Гаусса , определив меру расхождени  по Пирсону ), можно найти необходимый объем

выборки V, чтобы с заданной точностью и надежностью говорить, что выборка Т  вл етс  представительной. Были проведены оценочные испытани  кассетного магнитофона Электроника-302, в результате которых было вы влено, что количество измерений вход щих в выражени  8, 9 должно быть

40

V 800

(12)

при заданной точности представлени  ре- зультатов 2% и достоверности 0,999. Рекомендуетс  осуществл ть измерени  и набор массива в размере V 16384 элементов измерени  при средней частоте воспроизводимого сигнала f 3,15 кГц. Дл  множества Т (9)  вл ющимс  представительным множеством , определ ют точечные оценки. Статистическим аналогом математического

ожидани   вл етс  среднее арифметическое Тмо:

Т

55

4;i,«:

(13).

С целью устранени  эффекта колебани  нат жени  ленты, котора  существенно вли ет на точность представлени  величин, характеризующих нестабильность движений магнитного носител , предлагаетс  в выражении (7) переопределить Тз ТМо, тогда

;(14)

Ki

Al

I МО

(15)

область с помощью пр мого дискретного преобразовани  Фурье.

Функци  изменени  K(t) в виде р да Фурье

i(t)A0-f|j Ajsin() (19). j - 1

Были проведены экспериментальные исследовани  различных магнитофонов и вы влено неравенство Тз у Тмо. Результаты исследований представлены в таблице.

Исследовани  проводились дл  кассетного магнитофона 3-го класса и катушечнбго магнитофона 1-го класса. Измерительна  сигналограмма - гармонический сигнал с частотой f 3,15 кГц; объем выработки V 15000 измерений.

Из таблицы видно, что фактор нат жени  ленты существенно вли ет в некачественном кассетном магнитофоне 3-го класса Электроника 302. . -;

Из множества Т (9) по выражению (15) определ ют множество мгновенных коэф фициентов К отклонени  от средней скорости

,K2, Кз, ...,Ki,.. . ,KV (16)

Определение коэффициентов колебаний скорости дл  детерминированных колебаний . Колебание скорости может быть оценено с помощью пикового коэффициента колебани  скорости, который определ етс  -процедурой поиска максимального элемента множества К

KV™ MAX {K1}

(17)

Эффективное (среднеквадратичное) значение коэффициента колебани  скорости наход т из выражени 

(К,);

(18)

При оценке колебаний скорости с помощью коэффициента детонации необходимо учитывать частотную характеристику среднего слухового воспри ти  частотной модул ции. Функци  изменени  коэффициентов колебани  скорости К, представленна  в дискретной форме (16) и распределенна  во времени с шагом диск- ретизации ТМо имеет сложный спектральный состав. Дл  определени  спектрального состава этой функции ее перевод т из временной области в частотную

10

где Aj - амплитуда j гармоники р да Фурье. Посто нную составл ющую р да можно определить из выражени 

1 v

АО 77-2 KI i 1

Амплитуда j-ой гармоники

(20)

Aj V (Aj )2+ (Aj)2.

(21)

где. Aj - синусна  составл юща  j-й гармо- ники;

косинусна  составл юща  j-й гармоники ,

. Эти величины можно определить из выражений

AJ

-1 $. / iL

V

Kj sin j a) ;

(22)

Aj

-1 V &

J 1

KJ cos j (t) .

Дл  учета частотной характеристики среднего слухового воспри ти  переопредел ют амплитуду j-гармоники из услови , что она обладает собственной частотой

Ajd Aj -Кк

(23)

где Кк нормированное значение коэффициента пропускани  взвешивающего-фильтра j-й составл ющей спектра колебаний скорости,

Функци  коэффициента детонации обладает линейчатым спектром частот j сое амплитудами

K3(t) Ao+J (jO t+VJk)(24)

j i

Представл ют функцию коэффициента детонации во временной области КЗ (t), дл  этого из предыдущего выражени  определ ют мгновенное значение коэффициента детонации в каждый момент времени Т(9) с шагом дискретизации Тмо (13). Получают множество К

/о

КЭ {Ка 1, 2. КЗ з.... «a v},(25) 5

которое позвол ет найти пиковое и эффективное значени  коэффициента детонации. Пиковый коэффициент детонации наход т из множества Кб10

ка пик - МАХ {ка к

Эффективное (среднеквадратичное) значение коэффициента детонации15

ТТ / 2/

(ка);

(27)

Существенным моментом в повышении точности определени  оценок, характеризующих нестабильность движени  магнитного носител ,  вл етс  использование в выражении К Ј0, Практически это означает, .что кратно увеличиваетс  период исследуе- мого угнала, а следовательно, увеличиваетс  девиаци  периода. На фиг,2 отражена экспериментальна  зависимость увеличени  девиации периода Ти от его величины Т« дл  различных типов аппаратов магнитной записи а) магнитофон Электроника б) магнитофон Иссык-Куль 101). Но необходимо иметь в виду, что спектральный состав исследуемых аппаратов магнитной записи накладывает ограничени  на величи- ну периода, т.е. фактически на частоту дискретизации исследуемого процесса. Это ограничение математически определено теоремой , Котельникова. Возможность ис- пользовать такой подход опираетс  на предположение об ограниченном частотном спектре измер емого процесса нестабильности движени  магнитного носител . Это предположение подкрепл етс  экспериментально сн тыми частотными свойствами некоторых бытовых аппаратов магнитной записи, что нашло свое отражение на фиг.З.

Увеличение точности и достоверности определени  пикового и эффективного (среднеквадратичного) коэффициента нестабильности , а также пикового и эффективного коэффициента детонации осуществл етс  совокупностью примен емых признаков, каждый из которых вносит свой вклад в конечный результат:

возможность использовани  прогрессирующего характера девиации периода;

5

10

15

30

45

50

55

за счет использовани  метода текущих отсчетов осуществл етс  исключение накоплени  ошибки дискретизации по времени;

исключение эффекта выт гивани  ленты;

полный учет возможного выпадени  сигнала из воспроизведенной сигналограм- мы;

представительность выборки;

полный и предельно точный учет частотной характеристики среднего слухового воспри ти ;

исключение паразитной амплитудной модул ции.

В качестве базового элемента устройства можно использовать микро-ЭВМ семейства ЕС или Электроника-60, обладающие достаточными вычислительными мощност ми , объемами оперативной пам ти и скоростью вычислени . При использовании в составе устройства микро-ЭВМ Электрр- ника-60 в качестве интерфейса рекомендуетс  устройство пр мого доступа в пам ть ИЗ. Из семейства микро-ЭВМ ЕС предпочтительнее использовать микро-ЭВМ ЕС- 1841. Тогда дл  разработки интерфейса можно рекомендовать микропроцессорный набор 580-й серии.

Экспериментальные исследовани  показали , что при задающей тактовой частоте кварцевого генератора больше 1 мГц (1-10 мГц) можно получить точность представлени  результатов измерени  около 3%. Лучшие отечественные приборы ИКС или ЗИ имеют основную погрешность измерени  колебани  скорости 5 и 10% соответственно . Такие зарубежные приборы как 8300 (США) или КМТ-24 (ФРГ) имеют основную погрешность измерени  10%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  величин, характеризующих нестабильность движени  маг- нитного носител , при котором воспроизвод т синусоидальную эталонную сигналограмму, перевод т воспроизведенный аналоговый сигнал в цифровую форму, накапливают массив воспроизведенных сигналов в цифровой форме, а также вычисл ют коэффициент колебани  скорости движени  магнитного носител , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и достоверности определени  величин, характеризующих нестабильность ДЁИЖСНИЯ, после воспроизведени  эталонной сигна- лограммы измер ют и перевод т в цифровую форму одноименный момент времени перехода через ноль воспроизведенного сигнала, затем накапливают массив результатов измерени  в объеме, достаточном дл 

   утверждени  о представительности выборки , определ ют мгновенные значени  назначаемых периодов, корректируют их величины, вычисл ют среднее значение периода воспроизведенного сигнала, определ ют множество мгновенных отклонений скорости движени  магнитного носител  путём нахождени  разницы между средним и текущими мгновенными значени ми периодов , определ ют множество мгновенных коэффициентов колебани  скорости движени  магнитного носител , из совокупности которых вычисл ют эффективное и пиковое значени  колебани  скорости, из множестcpttz .L

   ва мгновенных коэффициентов колебани  скорости, распределенных по длине магнитного носител , дискретным спектральным анализом вы вл ют амплитудно-частотную

   характеристику нестабильности движени  магнитного носител , которую корректируют характеристикой среднего слухового воспри ти , после чего использу  обратное преобразование Фурье, вычисл ют р д

   мгновенных значений коэффициентов детонации , из которого определ ют эффективное и пиковое значени  коэффициентов детонации.

   fUC

   w

   0

   /M -#

   4

   ч

   «ЙН

   2&& Q& ЈSOff SM0 MX&

   a.

   W /J

   11

   ft-S/2f

   Ј W

   4Щ

   .iilllir.i-i.i.-i|l.

   л

   Редактор

   Составитель С.Ильчук

   Техред М.МоргенталКорректор А. Козориз

   //ГЛКГ

   11

   hhlli

   ни i

   «9 frq

   л

   fiia.3