SU1739318A1 - Устройство дл автоматического измерени шумов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  основных статистических и коррел ционных характеристик источников шумовых сигналов. Расширение функциональных возможностей устройства за счет измерени  козффициеита межспектральной коррел ции достигаетс  введением селектора 3, информационный вход которого подключен к выходу усилител  2, адресные входы - к выходам блока 4 управлени , а выходы - к входам блока 5 управл емых фильтров, управл ющие входы которых подключены к выходам блока 4 управлени , а выходы - к входам мультиплексоров 6, 1. адресные входы которых объединены с адресными входами селектора 3, а выходы подключены к входам блоков 8, 9 слежени - хранени , при этом два выхода селектора 3 подключены к информационным входам мультиплексоров 6.1 соответственно. 4 ил.СО00 00

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  основных статистических и коррел ционных характеристик источников шумовых сигналов.

Известно устройство дл  автоматического измерени  шумов, содержащее источник шума, усилитель, блок сравнени , блок статистической обработки, блок управлени  и цифроаналоговый преобразователь. Выход источника шума через усилитель св зан с последовательно соединенными блоком сравнени  и блоком статистической обработки . Выход с блока статистической обработки соединен с блоком управлени . Выходы блока управлени  раздельно соединены с источником шума, цифроаналоговым преобразователем и блоком статистической обработки. Выход цифроаналогового преобразовател  соединен с блоком сравнени .

Недостатком данного устройства  вл етс  недостаточно широка  полоса частот измер емых шумов, обусловленна  низким быстродействием блоков сравнени  и статистической обработки, а также то, что данное устройство измер ет только закон распределени  мгновенных значений амплитуды , что не дает полной информации об исследуемом процессе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  устройство дл  автоматического измерени  шумов, содержащее источник шума, выход которого через первый усилитель, первый блок слежени -хранени  последовательно подключен к инфор.мационному входу первого блока сравнени , выход которого подключен к первому входу блока статистической обработки, а управл ющий вход - через цифроаналоговый преобразователь к блоку управлени , второй усилитель ,второеустройство слежени -хранени , выход которого подключен к входу блока умножени , другой вход которого подключен к выходу первого блока слежени -хранени , управл ющий вход к выходу блока управлени , а выход через интегратор и аналого-цифровой преобразователь к входу блока нормализации по дисперсии, выход которого подключен к второму входу блока статистической обработки и первому входу второго блока сравнени , другой вход которого подключен к блоку управлени , а выход-к входу элемента И, выход которого подключен к третьему входу блока статистической обработки, а другой вход совместно с первым входом линии задержки - к блоку управлени , второй вход линии задержки также подключен к

блоку управлени , первый выход линии задержки подключен к управл ющему входу первого блока слежени -хранени , а второй , выход - к управл ющему входу второго блока слежени -хранени , четвертый вход блока статистической обработки подключен к блоку управлени , а вход блока управлени  - к блоку статистической обработки, управл ющий вход источника шума подключен к

0 блоку управлени .

Недостатком описанного устройства  вл етс  невозможность измерени  коэффициента межспектралк.ной коррел ции, который  вл етс  важным статистическим

5 показателем, особенно при исследовании широкополосных случайных процессов, где часто примен ютс  нелинейные преобразователи исходного шума.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства за счет измерени  коэффициента межспектральной коррел ции.

Указанна  цель достигаетс  тем. что в устройство дл  автоматического измерени 

5 шумов, содержащее источник шума, выход которого подключен к входу усилител  первый блок слежени -хранени , выход которого подключен -к информационному входу первого блока сравнени , выход которого

0 подключен к первому входу блока статистической обработки, а управл ющий вход через цифроаналоговый преобразователь к блоку управлени , второй блок слежени хранени , выход которого подключен к входу блока умножени , другой вход которого подключен к выходу первого блока слежени -хранени , управл ющий вход - к выходу блока управлени , а выход через интегратор и аналого-цифровой преобразователь к входу блока нормализации по дисперсии , выход которого подключен к второму входу блока статистической обработки и первому входу второго блока сравнени , другой вход которого подключен к

5 блоку управлени , а выход - к входу злемента И, выход которого подключен к третьему входу блока статистической обработки, а другой вход совместно с первым входом линии задержки - к блоку управлени , второй

0 вход линии задержки также подключен к блоку управлени , первый выход линии задержки подключен к управл ющему входу первого блока слежени -хранени , а второй выход к управл ющему входу второго блока

5 слежени -хранени , четвертый вход блока статистической обработки подключен к блоку управлени , а вход блока управлени  - к блоку статистической обработки, управл ющий вход источника шума подключен к блоку управлени , введены селектор.

информационный вход которого подключен к выходу усилител , адресные входы - к выходам блока управлени , а выходы - к входам блока управл емых фильтров, управл ющие входы которых подключены к выходам блока управлени , а выходы - к соответственно объе;у1ненным входам первого и второго мультиплексоров, адресные входы которых объединены с адресными входами селектора, а выходы - с входами первого и второго блоков слежени -хранени , кроме того, два выхода селектора подключены к информационным входам первого и второго мультиплексоров соответственно .

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что применение блока перестраиваемых фильтров, пе1 екрывающих весь анализируемый диапазон частот, позвол ет делать выборки спектра сигнала а различных поддиапазонах и с помощью устройства дл  автоматического измерени  шумов исследовать их взаимные коррел ционные св зи.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства: на фиг.2 - блоксхема блока управлени ; на фиг.З - блоксхема блока нормализации по дисперсии; на фиг.4 - диаграммы, по сн ющие работу устройства.

В устройстве дл  автоматического измерени  шума источник 1 шума через усилитель 2 подключен к информационному входу селектора 3. адресные входы которого подключены к выходам блока 4 управлени , а выходы - к входам блока 5 управл емых фильтров, управл ющие входы которых подключены к выходам блока 4 управлени , а выходы - к соответственно объединенным входам первого 6 и второго 7 мультиплексоров, адресные входы которых объединены с адресными входами селектора 3, а выходы подключены к входам первого 8 и второго 9 блоков слежени -хранени . Два выхода селектора 3 подключены к входам первого 6 и второго 7 мультиплексоров соответственно, при зтом выход первого 8 блока слежени -хранени  подключен к информационному входу блока 10 сравнени , выход которого подключен к первому входу блока 11 статистической обработки, а управл ющий вход - через цифроаналоговый преобразователь 12 к блоку 4 управлени , выход второго блока 9 слежени -хранени  подключен к входу блока 13 умножени , другой вход которого подключен к выходу первого блока 8 слежени -хранени , управл ющий вход - к выходу блока 4 управлени , а выход - через интегратор 14 и аналого-цифровой преобразователь 15 к входу блока 16 нормализации по дисперсии, выход которого подключен к второму входу блока 11 статистической обработки и первому входу второго блока 17 сравнени  Другой вход которого подключен к блоку 4 управлени , а выход - к входу злемента И 18, выход которого подключен к третьему входу блока статистической обработки , а другой вход совместно с первым входом линии 19 задержки - к блоку 4 управлени , второй вход линии 19 задержки также подключен к блоку 4 управлени , первый выход линии 19 задержки подключен к управл ющему входу первого блока В слежени -хранени , а второй выход - к управл ющему входу второго блока 9 слежени -хранени , четвертый вход блока 11 статистической обработки подключен к блоку 4 управлени , а вход последнего - к блоку 11 статистической обработки, управл ющий вход источника 1 шума подключен к блоку 4 управлени .

Кроме того, первый блок 8 слежени хранени  состоит из аналогового ключа 20, информационный вход которого подключен к выходу первого мультиплексора 6. управл ющий вход - через формирователь 21 импульсов к первому выходу линии 19 задержки, а выход- к запоминающему конденсатору 22 и входу буферного усилител 

23.выход которого подключен к информационному входу блока 10 сравнени  и входу блока 13 умножени . Второй блок 9 слежени -хранени  состоит из аналогового ключа

24,информационный вход которого подключен к выходу второго мультиплексора 7. управл ющий вход - через формирователь 25 импульсов, второму выходу линии 19 задержки , а выход - к запоминающему конденсатору 26 и входу второго буферного усилител  27. выход которого подключен к второму входу блока 13 умножени . Лини  19 задержки состоит из источника 28 опорного напр жени , выход которого подключен к первому входу третьего блока 29 сравнени , выход которого подключен к формирователю 21 импульсов, а второй вход совместно с первым входом четвертого блока 30 сравнени  подключен к выходу генератора 31 линейно измен ющегос  напр жени , вхсд которого подключен к блоку 4 управлени , второй вход четвертого блока 30 сравнени  подключен к выходу цифроаналогового преобразовател  32, вход которого подключен к блоку 4 управлени , а выход - к второму входу формировател  25 импульсов.

аналогового преобразовател  40 и селектора 41. При этом входы регистров 34-49 подключены к блоку 11 статистической обработки, а соответствующие выходы регистров 34-36 - к входам триггера 33. выход которого подключен к блоку 11 статистической обработки, остальные выходы регистра 34 управлени  подключены соответственно к источнику 1 шума, блоку 13 умножени , блоку 17 сравнени  и к генератору 31 линейно измен ющегос  напр жени . Выходы регистров 35 и 36 данных подключены соответственно к цифроаналоговым преобразовател м 12 и 32. Входы регистров 37 и 38 подключены соответственно к селектору 3 и мультиплексорам 6 и 7. выходы регистра 39 подключены к цифроаналоговому преобразователю 40. выход которого через селектор 41 последовательно подключен к блоку 5 управл емых фильтров, при этом адресные входы селектора 41 подключены к блоку 11 статистической обработки.

Блока 16 нормализации по дисперсии состоит из делител  42, элемента И 43, триггера 44 и элемента пам ти 45. Первый вход и выход делител  42  вл ютс  соответственно входом и выходом блока 16 нормализации по дисперсии, а второй вход соединен с выходом элемента 45 пам ти, вход которого подключен к выходу элемента И 43,первый вход которого соединен с выходом триггера 44, вход которого объединен с вторым входом элемента И 43 и подключен к входу блока 16 нормализации по дисперсии.

Устройство работает следующим образом .

При измерении шумов из блока статистической обработки в блок 4 управлени  поступают команды иу;анные, задающие п циклов измерений, каждый цикл содержит m тактов опро источника шума.

При измеренкайаЗ.агона распределени  мгновенных значений амплитуд и автокоррел ционной функции с определением интервала коррел ции входной сигнал, усиленный усилителем 2 (фиг 4а), поступает через селектор 3 и мультиплексоры 6 и 7 на входы блоков 8 и 9 слежени  -хранени .

Дл  измерени  закона распределени  используетс  первый канал, состо щий из усилител  и устройства 8 слежени -хранени . Один такт опроса состоит из подачи из блока 4 управлени  на источник 1 шума импульса, инициализирующего его работу, усилени  входного сигнала источника 1 шума в усилителе 2, фиксации в блоке 8 слежени -хранени  мгновенного значени  напр жени  усиленного сигнала (фиг.4г) по фронту сигнала управлени , поступающего из блока 4 управлени  (фиг.4б), сравнени 

по амплитуде зафиксированного в блоке 8 мгновенного значени  напр жени  шума с опорным напр жением Ui, сформированным на выходе цифроаналогового преобразовател  12, по коду, поступающему из блока 4 управлени .

Если в данном такте мгновенное значение напр жени  зафиксированного сигнала превосходит опорное напр жение Ui, то

0 этот сигнал через блок 10 сравнени  поступает на блок 11 статистической обработки. Веро 11Ность прохождени  сигналов через блок 10 сравнени  определ етс  законом распределени  источника 1 шума и

5 гистерезисом блока 10 сравнени . В течение одного цикла измерений, состо щего из тактов опроса, блок 11 статистической обработки подсчитывает количество тактов опроса и количество прошедших блок 10

0 сравнени  сигналов. Отношение зтих двух чисел есть веро тность RI прохождени  выходного сигнала источника 1 шума через цепочку усилитель 2 - блок 1 сравнени  при заданном Ui.

5 Далее из блока 4 управлени  на вход цифроаналогового преобразовател  12 поступает код, по которому формируетс  следуюи{ее опорное напр жение Un-i. и цикл измерений повтор етс .

0 При I - 1 Ui задаетс  таким образом, чтобы PI - 1, в последующих циклах Ui+i Ui. При PI О измерени  завершаютс  по сигналу, проход щему из блока 11 статистической обработки в блок 4 управлени .

5 Дл  измерени  значений автокоррел ционной функции и определени  интервала коррел ции используютс  первый и второй измерительные каналы и лини  19 задержки . Первый и второй каналы соответственно

0 состо т из усилител  2 и блока 8 слежени хранени .

Сигнал с выхода источника 1 шума через усилитель 2 поступает в блоки 8 и 9 слежени -хранени . Формирователи 21 и 25 импульсов блоков 8 и 9 слежени -хранени  выполнены на диодах с накоплением зар да , что необходимо дл  получени  импульсов с крутыми фронтами, обеспечивающими высокое быстродействие аналоговых ключей 2 и 24. от которых зависит максимальна  частота анализируемого процесса. Под действием сформированных управл ющих импульсов (фиг.46 и в) ключи 20 и 24 закрываютс  и на запоминающих конденсаторах 22 и 26 устанавливаютс  мгновенные значени  напр жений, которые хран тс  в течение времени, необходимого дл  преобразовани  и обработки (фиг.4 г и д.) Буферные усилители 23 и 27 обладают высоким входным сопротивлением, что обеспечивает

малый ток утечки запоминающих конденсаторов 22 и 26.

Значени  временных сдвигов между каналами , необходимые ;у1 .получени  значений автокоррел ционной функции, получаютс  с помощью линии 19 задержки. С выхода генератора 31 линейно измен ющеес  напр жение поступает на входы блоков 29 и 30 сравнени . На выходе блока 29 сравнени  в момент равенства линейно из мен ющегос  напр жени  и напр жени  с источника 28 опорного напр жени  Uo по вл етс  импульс; На выходе блока 30 сравнени  в момент равенства линейно измен ющегос  напр жени  и порогового напр жени  U(p; сформированного на выходе цифроаналогового преобразовател  32, в соответствии с кодом, поданнь1м из блока 4 уп|равлени , также по вл етс  импульс . Разность опорного Uo и порогового Unop напр жений определ ет временной сдвиг между импульсами и, следовательно, врем  задержки между выбираемыми мгновенными значени ,ми напр жени  исследуемого процесса.

С выхода блоков 8 и 9 слежени -хранени  мгновенные значени  напр жени  поступают в блок 13 умножени , который в соответствии с управл ющими сигналами из блока 4 управлени  осуществл ет операцию умножени . С выхода блока 13 умножени  сигналы поступают в интегратор 14, где формируетс  значение автокоррел ционной функции Кх(0). соответствующее нулевому сдвигу, заданно.му линией 19 задержки. .После зтого из блока 4 управлени  поступает код. в соответствии с которым в линии 19 задержки устанавливаетс  новое значение задержки. С выхода интегpajopa 14 значени  автокоррел ционной функции Кх поступают в аналого-цифровой преобразователь 15, и затем в цифровом виде в блок 16 нормализации по дисперсии.

Значение Кх(0) поступает на первый вход делител  42. проходит открытый злемент И 43, записываетс  в элемент 45 пам ти и переключает триггер 44 в нулевое состо ние, при котором на его выходе по вл етс  потенциал, запрещающий прохождение кода с аналого-цифрового преобразовател  15 через элемент И 43 в элемент 45 пам ти, не измен ющийс  до конца измерени . Таким образом, последующие значени  автокоррел ционной функции Кх(Г|) нормируютс  относительно КхСО).

17 сравнени , где происходит сравнение с кодом, определ ющим порог, задаваемый из блока 4 управлени  дл  определени  интервала коррел ции. В случае превышени 

заданного порога блок 17 сравнени  вырабатывает сигнал разрешени , разрешающий прохождение через элемент И 43 в блок 11 статистической обработки управл ющего кода дл  цифроаналогового преобразовател  32, определ ющего врем  задержки т . После установлени  на линии 19 задержки значени , соответствующего максимальному сдвигу, измерени  завершаютс .

При измерении коэффициента межспектральной коррел ции из блока 4 управлени  на адресные входы селектора 3 и мультиплексоров б и 7 поступают коды, в соответствии с которыми входной сигнал подаетс  на блоки 8 и 9 слежени -хранени 

через два фильтра, выбираемых из Nблока 5 управл емых фильтров.

В блока 8 и 9 слежени -хранени  производитс  фиксаци  мгновенных значений выходного сигнала в выбранных частотных

поддиапазонах, определ емых блоком 5 управл емых фильтров, которые затем подаютс  в блоки 13-18, где вычисл ютс  значени  взаимной коррел ции.

В случае по влени  коррел ционных от

кликов, превышающих выбранное пороговое значение, производитс  перестройка фильтров I...N в блоке 5 управлени  фильтров по нижней FH и верхней FB частотам полосы пропускани  дл  получени  максимального значени  межспектральной коррел ции . Дл  этого на них подаютс  управл ющие сигналы с цифроаналогового преобразовател  40 через селектор 41 блока 4 управлени .

Число и тип фильтров, величина порогового значени , как и другие параметры устройства , могут быть различными и определ ютс  конкретной решаемой задачей .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  автоматического измерени  шумов, содержащее источник шума, выход которого подключен к входу усилител , первый блок cлeжeниiR-xpaнeни , выход

   которого подключен к первому входу первого блока сравнени , выход которого подключен к первому входу блока статистической обработки, а второй вход через цифроаналоговый преобразователь к блоку управлени ,

   второй вход слежени -хранени , выход которого подключен к первому входу блока умножени , второй вход которого подключен к выходу первого блока слежени -хранени , управл ющий вход - к выходу блока

   управлени , а выход через интегратор и цифроаналоговый преобразователь - к входу блока нормализации по дисперсии, выход которого подключен к второму входу блока статистической обработки и первому входу второго блока сравнени , второй вход которого подключен к блоку управлени , а выход - к первому входу элемента И, выход которого подключен к третьему входу блока статистической обработки, а второй вход совместно с первым входом линии задержки к блоку управлени , второй вход линии задержки также подключен к блоку управлени , первый выход линии задержки подключен к второму входу первого блока слежени -хранени , а второй выход - к второму входу второго блока слежени -хранени , четвертый вход блока статистической обработки подключен к блоку управлени , а вход блока управлени  - к блоку статистической обработки , управл ющий вход источника шума

   подключен к блоку управлени , отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства за счет измерени  коэффициента межспектральной коррел ции, в него введены блок управл ющих фильтров, два мультиплексора и селектор, информационный вход которого подключен к выходу усилител , адресные входы - к выходам блока управлени , а выходы к входам блока управл емых фильтров, управл ющие входы которых подключены к выходам блока управлени , а выходы - к соответственно объединенным входам первого и второго мультиплексоров, адресные входы которых объединены с адресными входами селектора, а выходы - с входами первого и второго устройства слежени -хранени , два выхода селектора подключены к информационным входам первого и второго мультиплексоров соответственно .

   1

   77 У/

   «СкЗ«7