SU732760A1 - Анализатор спектра - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к иэмевительной технике и может быть использовано дл  определени  как отдельных гармоник исследуемого сигнала, так и всего спектра периодического сигнала, либо в качестве избирательного фильтра, выходное напр жение которого пропорционально какой-либо одной гармонике. Известен анализатор спектра электрических сигналов, содержащий устройство выборки мгновенных значений, многоканальный коммутатор, взвешиваю щие резисторы, интегросуммирующие усилители. Принцип действи  устройства основан на параллельной работе n каналов, на которые одновременно подаетс  выборка мгновенного значени  входного сигнала, суммируема  в каждом сумматоре со своим весовым коэффициентом 1. Недостатком этого устройства  вл  етс  сложность, котора  растет вместе с ростом числа исследуемых гармо ник. Известно также устройство аналогового определени  ортогональных составл ющих спектра финитных сигна лов, состо щее из схемы периодической выборки мгновенных значений сигнала , сумматора в виде многовходового интегросуммирующего усилител , генератора импульсов и согласующего каскада {2, Недостаток устройства обусловлен узким частотным диапазоном. Цель изобретени  - расширение частотного диапазона устройства. Указанна  цель достигаетс  тем, что в анализатор спектра, содержащий распределительное устройство, интегросуммирующий усилитель,выход которого подключен ко входу регистрирующего прибора, а вход через взвешивающие резисторы и коммутирующие ключи - ко входу устройства, при этом управл ющие входы ключей соединены с выходами распределительного устройства , введены последовательно соединенные счетчик периодов, переключатель и преобразователь кода в число импульсов, умножитель частоты, своим входом подключенный ко входу устройства, а выходом - ко второму входу преобразовател  кода в число импульсов, формирователь, вход которого сое.динен со входом устройства , а выход - со входом счетчика периодов входного сигнала и с регистрирующим прибором, а также два эле мента И, первые входы которых соеди нены со вторыми выходами счетчика периодов, вторые входы - со входом последнего, а выходы элементов И с установленными входами распределительного устройства, при этом выход преобразовател  кода в число |импульсов подключен ко второму входу ра1спределительного устройства. На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. Анализатор спектра содержит распределительное устройство 1, коммутирующие ключи 2, взвешивающие резисторы 3, интегрирующий операционный усилитель 4, формирователь 5, умножитель частоты 6, задатчик 7 номера гармоники, счетчик И периодо входного сигналов, преобразователь кода в число импульсов, генератор 1 импульсов, схема И 11, вычитающий счетчик 12, триггер 13, переключатель 14, схемы И 15, 16, регистрирующее устройство 17, аналоговое запоминающее устройство 1Й и аналог цифровой,преобразователь 19, Анализатор спектра может работат в двух режимах: автоматически после довательно во времени определ ть ор тогональные составл ющие всех гармо ник, начина  с первой, или определ ть только одну гармонику, номер которой задаетс  задатчиком 7, выполненным в виде тумблерного регист ра. В первом режиме выходы счетчика через переключатель 14 подключаютс  к установочным входам счетчика 12, Входной сигнал интегрируетс  операционным усилителем 4, при этом коэф фициент усилени  интегрирующего уси лител  в каждый момент времени зависит от того, какой взвешивающий резистор 3 подключен с помощью коммути рующего ключа 2 к шине и или -U. Ортогональные составл ющие гармоник напр жени , представл емого в виде р да Фурье, равны Vv|,41V(1, ) с -|-|и(-ьк)з,(ж); ,г где п- число выборок за пе ,, vlT значение входного сигна ла в момент п-ой выборк 7 - номер исследуемой гармо ники. ЕСЛИ выбрать сопротивлени  резисторов 3 л акилш, чтобы при вычислеНИИ В и С,у они были обратно пропорцирн ал ьнымит; е, («)„ ), т cos() -г si«(rv) то выходное напр жение усилител  4 после окончани  цикла интегрировани  равно соответственно дл  косинусной v и синусной составл ющей -Ч09 ишь/-) f -- i... п Si«(T1) вых С - J -Т-Б- uaidt, (6) где С„ - величина емкости конденсатора 5; ut - врем , за которое открываютс  ключи 2, Полага  значени  U(t) неизменными за врем  дЬ, из (5) и (6) получают вы..),-) ,(bHfrk) W Сравнива  (7) и (8) соответственно с (1) и 12), видим, что выходное напр жение на операционном усилителе 4 в конце периода пропорционально ортогональным составл ющим .гармоники входного сигнала. Распределительное устройство 1, выходы которого подключены к управл  ющим входам коммутирующих ключей, выполн ют, например, на базе двоичного счетчика и дешифратора или регистра со сдвигом. Оно имеет 2 устойчивых состо ний, причем каждому устойчивому состо нию S соответствует подключение определенного взвешивающего резистора. Естественной смене состо ний распределительного устройства 1 соответствует последовательное во времени подключение взвешивающих резисторов 3, необходимое дл  вычислени  коэффициента С, т,е, состо нию S распределительного устройства 1 соответствует подключение резистора, сопротивление которого равно Rp/sin (JL 5), к шине и,,если , или к шине -U если , Очевидно, что при подсчете коэффициентов В и С-у, выборка DX должна подключатьс  при состо нии расгфеделительного устройства 1 S.mod2()() дл  косинусной составл ющей или да  синусной составл ющей.

Формирователь 5 в начале каждого периода входного сигнала формирует импульс, который поступает на счетный вход счетчика Ь и входы схем И 15 и 16. Счетчик И подсчитывает- число периодов измер емого сигнала. На первом периоде вычисл етс  В, на втором С, на третьем В, на четвертом Cj и т.д., всего 2 периодов.

Умножитель частоты 6 выдает на выходе импульсы, частота которых в п раз больше частоты входного сигнала UK. Каждый такой импульс устанавливает триггер 13 в нулевое состо ние и поступает на вход синхронизации ввода кода в вычитающий счетчик 12. При этом код счётчика 12 принимает значение кода счетчика 8 без младшего разр да, так как состо ние младшего разр да определ ет, какой коэффициент подсчитываетс  - В л-или Су..Т

Работа преобразовател  9 кода в число импульсов, который содержит генератор импульсов 10, схему И 11, вычитающий счетчик 12 и триггер 13, осуществл етс  следующим образом.

Когда триггер 13 находитс  в состо нии О, открываетс  схема И 11, и импульсы с генератора 10 через схему И 1 1 поступают на счетный вход счетчика 12 и вход распределительного устройства 1. Когда счетчик 12 досчитает до нул , на его выходе по вл етс  импульс, устанавливающий триггер 13 в состо ние Т, при этом схема И 11 закрываетс , т.е. на распределительное устройство 1 поступает число импульсов равное коду, прин тому счетчиком 12 О: счетчика В, а именно J. Если подсчитываетс  В, то распределительное устройство 1 через cxejuiy И 1Ь, второ вход которой подключен к нулевому выходу младшего разр да счетчика 8, первоначально устанавливаетс  в состо ние S , равное Так как после каждой выборки состо ние S распр делительного устройства 1 увеличиваетс  на f единиц и при этом возможны переполнени , то в общем случае его состо ние после k-ой выборки определ етс  по формуле (9) . Если подсчитываетс  С-г, то распределительное устройство 1 через схему И 16, второй вход которой подключен к единичному выходу младшего разр да счетчика 8, первоначально устанавливаетс  в состо ние S, равное нулю. При этом состо ние распределительного устройства после k-ой выборки определ етс  по формуле (1С5) .

Таким образом обеспечиваетс  подключение резисторов, сопротивление которых определ етс  формулами (3) и (4) ..

В конце периода входного сигнала UYI, когда заканчиваетс  интегрирование ,выходное напр жение операционного усилител  4 поступает на регистрирующее устройство 17, которое выполн ют , например, в виде последовательно соединенных аналого-запоминающего устройства 18 и аналого-цифрового преобразовател  19, работа которых синхронизируетс  выходными импульсами формировател  5.

Во втором режиме входы счетчика 12 подключаютс  через пере кто чатель 14 к задатчику номера гармоники 7,

to нaлизaтop спектра работает так же, как и в первом р9жим(. но на эхсл распределительного устройства 1 и счетный вход счетчика 12 после каждого выходного импульса умножител 

15 частоты 6 поступает одинаковое число импульсов, равное номеру гармоники , установленному в задатчике 7.

Таким образом, подключение входа распределительного устройства через

20 преобразовате.1Ь кода в число имп,-льсов и умножитель частоты ко входу устройства позвол ет расширить частотный диапазон исследуемых сигналов. При этом расширенный частотный диапазон равен диапазону умножаемых

25 частот в умножителе частоты и при использовании широкополосного умножител  частоты составл ет несколько декад. Кроме того, анализатор спектра позвол ет определ ть все коэффици30 енты р да Фурье, в который разлагаетс  входной сигнал, при этом используютс  одни и те же взвешивающие резисторы и интегросуммирующий усилитель . Этим исключаетс  применение

35 параллельных каналов дл  определени  Юртогональных составл ющих гармоник периодического сигнала. Возможность работы анализатора в двух режимах облегчает йаладку устройства и, создает

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР 456226, кл. G 01 R 23/00, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР 438939, кл. G 01 R 23/00, 1974.