Файл: Калинчук, Б. А. Анализаторы инфразвуковых случайных процессов.pdf

сигналов с различными уровнями выходного напряжения. После предварительного усиления сигнал поступает на 3 пассивных ДС-фильтра (фильтр верхних частот, полосовой фильтр и фильтр нижних частот), которые производят грубую фильтрацию сигнала. После фильтра сигнал поступает на катодный повторитель и уси­ литель постоянного тока УПТ-4 с глубокой обратной связью, обес­ печивающей большую стабильность усилителя. В цепи обратной связи каждого из трех усилителей УПТ-4 включен аттенюатор, позволяющий уменьшить уровень сигнала в области нижних, верх­ них или средних частот в зависимости от формы спектра анализи­ руемого сигнала.

Усилитель УПТ-4 нагружен на девять каналов, каждый из ко­ торых содержит один пассивный и один активный ДС-фильтр, пред­ ставляющий собой (активный) Т-образный мост в цепи обратной связи, включенный между сеткой каскадного усилителя н катодом повторителя. Пассивный ДС-фильтр служит для улучшения частот­ ной характеристики канала на крыльях резонансной кривой. Ква­ зирезонансные частоты отличаются от канала к каналу приблизи­ тельно на пол-октавы (в 10 раз на 6 каналов). Детекторы, стоящие на выходе каждого канала, работают в линейном режиме. С на­ грузки детектора сигнал поступает на интегрирующую ДС-цепочку

спостоянной времени 100 сек.

Спомощью шагового искателя ШИ-50-4 производится периоди­ ческое подключение реле РСМ-І к сетке дифференциального ка­

тодного повторителя. Шаговый искатель приводится в действие от ^С-генератора, собранного на лампе МТХ-90; возможно также ручное переключение шагового искателя. Между катодами каждого повторителя включен микроамперметр, показывающий уровень сигнала, действующего на каждый фильтр. К этой же цепи может быть подключен самописец ЭПП-09.

Для указания номера канала, опрос которого проводится в дан­ ный момент, служит световое табло ПТ-2М, включаемое с помощью того же шагового искателя.

Метод непосредственной фильтрации положен также в основу разработанного Киевским политехническим институтом [8] спек­ троанализатора на диапазон частот 2—500 гц. Спектроанализатор выполняет одновременный анализ сигналов в 30 полосах за счет использования 30 двухзвенных Т-параллель І^С-фильтров на сдво­ енных триодах типа 6Н9. Низкочастотная часть спектра перекры­ вается в приборе тремя фильтрами на октаву, высокочастотная —

132

Рис. 2-16. Спектроанализатор типа АНЧ-26-1-65

133

до шести. Относительные полосы пропускания фильтров одинаковы в пределах октавы. Ослабление пропускаемого сигнала при рас­ стройке от резонансной частоты фильтра на ширину полосы его пропускания — не менее 13 дб.

Для коммутации фильтров применен механический коммутатор. Время съема показаний (время одного оборота коммутатора) — порядка 0,7 сек, поэтому на выходе каждого фильтра предусмотрена детекторно-накопительная ячейка. Максимальная чувствительность спектроанализатора 250 мкв, в приборе предусмотрен индикатор

тор параллельного типа на диапазон частот 5—50 гц. Прибор пред-

Рис. 2-17. Комплекс аппаратуры спектрального анализа SP4

назначается для анализа вибраций и содержит 14 узкополосных резонаторов, выполненных на чувствительных стрелочных гальва­ нометрах: эквивалентная добротность каждой резонансной системы равна пяти. Амплитудная погрешность анализатора, по утвержде­ нию авторов, не превосходит 10%.

Параллельный спектроанализатор, описанный в [68], обеспе­ чивает измерение инфразвуковых составляющих спектров от 10 гц и имеет 80 узкополосных резонаторов, выполненных на магнитострикционных стержнях. Известна также разработка 90-канального параллельного анализатора инфразвуковых частот [76]. Диапазон частот, на который настроены узкополосные резонаторы, лежит в пределах от 5,13 гц (1-й фильтр) до 487 гц (90-й фильтр). Прибор содержит три электронно-лучевых индикатора, причем на экране первого из них наблюдается кривая спектра в пределах 5—23 гц, на экране второго — 23,4—102,4 гц, на экране третьего— 108— 499,2 гц.

Комплекс автоматической аппаратуры спектрального анализа SP4, описанный в [69], состоит из гетеродинного спектроанализа-

134

тора типа SA4 с нижней границей полосы анализа 0,3 гц и двух­ координатного графопостроителя MP4. Аппаратура разработана фирмой «Фенлоу Электронике» (Англия) и предназначена для ана­ лиза случайных процессов, периодических сигналов, а также их смесей. Блок-схема прибора приведена на рис. 2-17.

Здесь анализируемое колебание до поступления на узкополос­ ные фильтры смешивается с напряжением встроенного гетеродина. Квадратурные составляющие напряжения гетеродина управляют работой смесителей. Когда ко входу анализатора подводится сиг­ нал, частота которого отличается от частоты внутреннего генератора на величину меньшую ширины полосы пропускания низкочастот­ ных узкополосных фильтров, выходное напряжение последних будет флуктуировать на разностной частоте.

Так как напряжение генератора подводится к смесителям в в квадратуре, то на выходе первого узкополосного фильтра УГІФ1

± 5%, точность установки частоты ± 2%. Дополнительная погреш­ ность за счет использования графопостроителя MP4 не превосхо­ дит + 1 % от полной шкалы по осям X и Y.

Эта же фирма выпускает также спектроанализаторы SP2 и SP3, характеристики которых [70] мало отличаются от приведенных параметров SP4.

В отечественной практике также известны разработки инфразвуковых узкополосных анализаторов. К их числу относится при­ бор гетеродинного типа АН-2 [71 ], предназначенный для анализа сигналов в диапазоне 5— 100 гц. АН-2 позволяет разделять состав­ ляющие спектра, отличающиеся по частоте минимум на 1 гц. Повы­ шение разрешающей способности аппаратуры связано с сужением полосы пропускания его резонансных систем; при этом время ана­ лиза неизбежно возрастает. Это приводит к тому, что узкополосный анализатор можно применять только для анализа стационарных шумов, спектральный состав и интенсивность которых не меняется за время измерений. Блок-схема прибора АН-2 приведена на рис. 2-18. Анализируемый сигнал через фильтр нижних частот ФНЧ

135

попадает на вход смесителя См. Напряжение разностной частоты гетеродина ПГ и исследуемого сигнала отфильтровывается сначала избирательным усилителем, а затем узкополосным электромехани­ ческим фильтром и после усиления оконечным усилителем подается на вход самописца. ФНЧ подавляет частоты выше 100 гц. Фильтр необходим для того, чтобы составляющие более высоких частот не перегружали смеситель. Кроме того, при отсутствии ФНЧ на выход анализатора, помимо основной частоты /с = /г — fQ, пройдет сигнал

с частотой f'c — /0 /г (7Г — частота гетеродина, fQ— резонансная

частота избирательного усилителя и электромеханического филь­ тра). ФНЧ устраняет возможность прохождения частоты f'c.

Смеситель выполнен на диодах по балансной мостовой схеме (рис. 2-19, а). Проводимостью схемы управляет напряжение гете-

Рис. 2-19. Диодный смеситель, построенный по балансной схеме: а) схема устройства, б) график изменения проводи­ мости смесителя

родина НГі которое намного превышает напряжение сигнала. При

соответствующей балансировке мостовой схемы ток частоты гете­ родина в нагрузке практически отсутствует. График изменения про­ водимости смесителя g (/) показан на рис. 2-19, б. Гетеродин выпол­ нен по схеме /?С-генератора с избирательной положительной об­ ратной связью и частотно независимой отрицательной связью. Ста­ бильность выходного напряжения обеспечивается термистором, включенным в цепь отрицательной обратной связи.

Избирательный усилитель имеет в цепи отрицательной обратной связи двойной Т-образный мост и служит для ограничения полосы частот, подводимых к узкополосному электромеханическому филь­ тру. Частотная характеристика усилителя определяется по формуле:

136

циент усиления при наличии обратной связи,

новным избирательным элементом прибора, определяющим полосу анализа аппаратуры в целом. Он выполнен в виде стального камер­ тона с электромагнитным возбуждением. Катушка возбуждения І\1 намотана на железном сердечнике и помещена между ножками камертона. Камертон предварительно намагничен и в процессе ра­ боты подмагничивается током, протекающем через катушки К2.

Резонансная частота электромеханического фильтра в аппара­ туре выбрана равной 130 гц; статическая полоса пропускания со­ ставляет 0,4 гц. Динамический диапазон анализатора 40 дб. Ана­ лизатор позволяет исследовать как тональные сигналы, так и шумы.

В [551 описана автоматическая спектроанализирующая аппара­ тура гетеродинного типа с допустимой нижней частотной границей анализа 1 гц. В аппаратуре использованы различные типовые узлы магнитофонов, в том числе записывающие и воспроизводящие уст­ ройства. Исследуемые сигналы поступают на записывающие блоки через аттенюатор, фильтр верхних частот и усилители, что позво­ ляет легко осуществлять запись с «белением» спектра. При воспро­ изведении сигналы от кольцевого магнитофона подводятся к собст­ венно гетеродинному спектроанализатору с двухкратным преобра­ зованием частоты. В приборе предусмотрена возможность работы с «разбелением» записи, с разными полосами пропускания анали­ зирующих фильтров и разными постоянными времени интегратора.

137