книги / Спектральный подход к первичной обработке сигналов аналитических приборов

Г

л а в а

4

ТИПОВЫЕ ИНФОРМАЩОШО-ИЗМЕРИТЕЯЬНЫЕ

АНАЛИТИЧЕСКИЕ

СИСТЕМЫ

Î .

Системы с о

с п е к т р о а н а л и з а т о р а м и

д л я с и г н а л о в I - г о к л а с с а

Т и п о в а я с х е м а

т е х н и ч е с к о й

р е а л и з а ц и и систем ы п ерви ч н о й

об­

р аб о тки

инф орм ации

со

с п е к т р о а н а л и з а т о р о м по предлагаем ы м

а л г о ­

ритмам

п р и в е д е н а

н а

р и с . 2 6 . Входные

си гн алы у си л и ваю тся

( / )

и

п оступаю т н а в х о д

с п е к т р о а н а л и з а т о р а

( Z ). С пектральны е

с о с т а в ­

ляющие

Y ( к ) п о сту п аю т

н а

в х о д

ЭВМ общ его

н а з н а ч е н и я

( 3

)

д л я

реш ения

з а д а ч обн аруж ен и я

и

оц ен ки

п а р а м е т р о в .

При н е ­

об х о д и м о сти ЭВМ мож ет управ­

л я т ь п р о ц ессо м

с п е к т р а л ь н о ­

го а н а л и з а . В н еко то р ы х

с л у ­

ч ая х с п е к т р о а н а л и з а т о р м о ­

жет вы п о л н я ть

т о л ь к о

ч а с т ь

а л г о р и т м а сп ектр ал ьн о го

а н а ­

л и з а

-

вы ч и сл ен и е

обобщ ен­

н о го

о т с ч е т а YQ{k ) по ( Ï . 3 8 ) ,

а вы ч и сл ен и е Y ( к ) п р о и з в о -

Р и с .2 6 .

д и т с я

ЭВМ. (Н а

р и с у н к е

4

- б л о к

у с т р о й с т в

индикации

и

р е ги ­

с т р а ц и и и н ф о р м а ц и и ).

С п е к т р о а н а л и за т о р

д олж ен

вы п олн ять и н тегр и р о ван и е

п рои з­

в е д е н и я

в х о д н о г о

с и г н а л а

y ( t )

н а опорную

функцию

по

( 1 . 3 8 )

и вы ч и сл ен и е

с п е к т р а по

( Î . 3 7 ) . Рассм отрим подробно вы­

п о л н ен и е о п ер ац и и ( Ï . 3 8 ) .

Одним и з п у т е й

т е х н и ч е с к о й

р е а л и за ц и и ал го р и тм а этой о п е ­

р а ц и и я в л я е т с я

вы ч и сл ен и е

У ^ ( к )

п р о гр ам м н о . Э тот п у ть

р а с с м а ­

т р и в а л с я р а н е е . В то р о й		п у т ь т е х н и ч е с к о й р е а л и за ц и и — п о с т р о е ­
н и е	ц и ф р о во го и ли а н а л о г о в о г о		ф и л ьтр а — в ы т е к а е т и з		за в и с и м о ­
с т и	о п о р н о й ф ункции о т	р а з н о с т и а р г у м е н т о в .		О пределим	и м пульс­
ную	п ереходн ую функцию	т а к о г о	ф и л ь тр а — у (	. И з в е с т н о ,		ч то

вы х о д н о е н ап ряж ен и е ф и л ь тр а

t

У * } =

$

y ( r ) g r ( i ~ r ) d r .

( 4 . 1 )

t - T

Для

с о гл ас о в ан н о го ф и льтра п е р е х о д н а я

ф ункция

с

то ч н о с т ь ю

до

п о сто ян н о го

множителя

с о в п а д а е т

с

зер кал ьн ы м

о то б р а ж е н и е м опор­

ной

функции

с и гн а л а

( р и с . 2 7 ) ,

т . е .

- g r ( r ) - u ( t 0 - x ) t

г д е

t Q -

н е ­

которы й момент

в р ем ен и . Будем

сн и м ать

о тс ч е ты

н а п р я ж е н и я н а вы­

х о д е

ф и льтра с

шагом

A t —A l

в

м омент

i> — h ' A l

+ T /Z

и

положим

t = T

/ & , т о гд а

k -A l+ T /Z

Y0 ( k - A l ) =

I

y ( 4 ) f ( T - * - A l ) a r = r 0 ( l ) ,

h - A l - r / Z

ч то

с о в п ад ает

c ( Î - .3 8 ) .

Таким

о б р азо м ,

если

импульсную п ер ех о дн у ю

функцию

ф и л ьтр а

вы брать зеркальны м отображ ением

м одели

с и г н а л а

о т н о с и т е л ь н о

в е р т и к а л ь н о й о с и

i ^ = T / Z t а о т ­

счеты

н а

вы х о д е

ф и л ь т р а

сн и м ать

с ш агом

A t = A l ,

т о

э т и

о тс ч е ты

б у д у т

равны в е л и ч и н е

и н т е г р а л а

( 1 . 3 8 ) .

С тр у к ту р н а я с х е м а с п е к т р о ­

а н а л и з а т о р а с и г н а л о в 1 - г о к л а с с а ,

р е а л и з о в а н н о г о н а о с н о в е а н а л о ­

г о в о г о и ли ц и ф р о во го

ф и л ь т р а ,

п р и в е д е н а н а р и с . 2 8 . П р о е к т и р о ­

ван и е циф ровы х

и

а н а л о г о в ы х

ф и льтров

по и з в е с т н о й

п е р е д а ­

точ н ой

ф ункции

р а с с м о т р е н о в ра-т

б о т а х [ 5 , 1 6 ] , п о э т о м у

мы не

будем

о с т а н а в л и в а т ь с я

н а

эти х

в о п р о с а х .

С тр у к ту р н а я с х е м а с п е к т р о ­

а н а л и з а т о р а д л я

с л у ч а я ,

есл и

ф ункция

u k ( t )

и м е е т

в и д

к р и ­

в о й

с

н у л е в о й площ адью

[1 1 ], при ­

в е д е н а н а р и с . 2 9 . Т а к о й

а н а л и ­

з а т о р сод ерж и т

м асш табирую щ ие

уси л и тел и

1 ,

инверторы

Z , сумматоры

3

и и н т е г р а т о р ы

4 . С п ек ­

тр о а н а л и за то р

р е а л и з у е т

а л го р и тм вы чи сл ен и я обобщ енны х о т с ч е т о в :

122

Yo ( k ) z =

S

y M M - f o

J

y » > d t -

Т е М - Г Л

X -A l-r/2

В ы чи слен и е обобщ енны х о т с ч е т о в

о б е с п е ч и в а е т с я

д в у м я

и д е н ­

тичными к а н а л а м и ,

к о то р ы е п о о ч е р е д н о

о п р ед ел яю т

в е л и ч и н у

YQ (А).

Р е зу л ь т а т п о д а е т с я н а вы -

я

ход

к р атк о в р ем ен н ы м з а ­

мыканием

клю ча

и ли

. Е с л и

опорны е

ф у н к -

ции

б у д у т

расп олож ен ы с

меньшим

ш агом ,

чем

п ри ­

в е д е н о н а р и с . 2 9 , 5 , и в

т е ч е н и е н е к о т о р о г о в р е ­

мени

б у д у т п е р е к р ы в а т ь ­

с я

тр и

опорны е

ф ункции,

то

с п е к т р о а н а л и з а т о р дол­

жен

с о д е р ж а т ь три к а н а л а

Е сл и

опорны е

функ­

ции

с п е к т р а л ь н о г о

а н а ­

л и з а

u h ( i )

можно

а п ­

п р о к с и м и р о в а ть

э к с п о ­

н е н то й

К2

U

К2

К4

IL (A, â ) —G

X

p

^ —A

<—►

---►

<—►

i G - C h à l - T ,

А -д £ ),

( 4 . 2 )

I— |

------IIк

у

Ч =

!

1

1к5

1------| К6

ta

Jk 5 ■

к

г

J

т о

т е х н и ч е с к а я

р е а л и з а -

Н -----------------Н К5г ------------------^

ц и я

вы ч и сл ен и я

обобщ ен -

г -------------------**

ных

о т с ч е т о в

о б е с п е ч и -

Р и с . 2 9 .

в а е т с я я с -ф и л ь тр о м н и з ­

к и х

ч а с т о т .

П е р е д а т о ч н а я

ф ункция т а к о г о

ф и л ьтр а у ( т ) =о£0е х р { -а 0т}}

п р и ч ем

ctQ — {R C ) \

т о г д а

в с о о т в е т с т в и и

с ( 4 . 1 )

А-д г

У0 ( А ) = о с 0 ^

у ( т ) е х р { с * 0 ( т - / ; - д £ ) } о £ т .

h A l - T

Форма с и г н а л а

и с к а ж а е т с я

/?С -ф и л ь тр о м

н и зки х

ч а с т о т ,

но

б л а г о д а р я

т о м у , ч то п ар ам етр ы

э т о г о ф и л ь тр а и зв е с т н ы

и м огут

бы ть

определены

коэффициенты

о

р то г о н а л и за ц и и

ф у н кц и й

( 4 . 2 ) ,

е с т ь

возм ож ность

с зад ан н о й

с р

е д н е к в а д р а т и ч н о й

п о гр еш н о стью

в

с п ек тр ал ьн о й о б л асти со х р ан и ть

информацию о

ф орм е с и г н а л а . С те­

п ен ь

п од авл ен и я

шума в

тако м

с

п е к т р о а н а л и з а т о р е

х у ж е ,

ч ем

в

сл у ч а е прим енения с о гл ас о в ан н о го ф и л ь т р а , т е м

н е

м е н е е

он при­

в л е к а е т св о ей п р о с то то й .

Одним и з примеров

те х н и ч е ск о й р е а л и з а ц и и

и з л о ж е н н о г о

ме­

т о д а

и

алгоритм ов д л я

с и гн а л о в

i - г о

к л а с с а я в л я е т с я си стем а

об­

р аб о тк и

информации м а с с -с п е к т р о м е т р а

н и з к о г о

р а з р е ш е н и я . Б л о к -

сх ем а систем* обработки д а н а

н а р и с .3 0 , г д е

Z

- у с и л и т е л ь

п о -

Р и с .3 0 .

сто ян н о го

т о к а ;

3

-

б л о к ф и л ьтр о в;

4

-

а н а л о г о в ы й

к о м м у т а т о р ;

5 - ан алого -ц и ф ровой

п р е о б р а зо в а т е л ь

(АЦП) ;

7 -

9

-

б л о к и

уп­

р а в л е н и я с о о тв ет с тв е н н о

м агнитной

р а з в е р т к о й ,

п и т а н и е м

э л е к ­

тр о н н о го

умножителя

и п арам етрам и

реж им ов;

iO

-

б л о к и нтерф ейс­

ных у с т р о й с т в ;

11

-

д и с п л е й ;

1 2

-

печатаю щ ее

у с т р о й с т в о ;

i 3

-

сам оп и сец ;

остальны е

п о я сн ён и я

даны

в к о н т е к с т е .

В

с и с т е м е

име­

ю тся тр и

п о то к а

информации: первы й -

о т

м а с с - с п е к т р о м е т р а

1 по

линиям

Z

- 3 - 4 - 5 -

6 (и зм ери тельн ы й

т р а к т ) ,

в т о р о й

о т

ЭВМ 6 по

линиям

1 0 - 7 ,

8 »

9

~ 1

0 тр е т и й

-

о т

ЭВМ

в ч е р е з

1 0

н а

у с ­

т р о й с т в а р е ги с тр а ц и и

и

индикации информации

( 1 1

-

1 3 ) .

Сигналы

д л я п ерви чн ой о б р або тки

данны х п р о х о д ят

по

п е р в о м у

п у т и .

П ре­

д у см о тр ен а

возм ож н ость

п р о в е д е н и я

и зм ер е н и й

и о н н ы х

т о к о в

н а

к о л л е к то р е

(б л о ки

2 ^

Zz

)

и с

помощью у м н о ж и тел я

( «23 ). Б л о к 3

служ ит

д л я

ф ильтрации

д ан н ы х .

А налоговы й к о м м у т а т о р

( 9

) служ ит

д л я п о о ч ер ед н о го програм м ного

п ер екл ю ч ен и я

ч у в с т в и т е л ь н о с т и

и з­

м ер и тельн о го т р а к т а и подклю чения и зм ер и тел ь н ы х ц е п е й к

АЦП ( Я .

124

Основную н а г р у з к у

п о

о б р а б о т к е ,

у п равлен и ю

и

вы во д у

инфор­

мации

н е с е т

ЭВМ. Но д л я

о с в о б о ж д е н и я

е е

о т

борьб ы

с

шумами

и

домехами

в

и зм е р и т е л ь н о м

т р а к т е у с т а н о в л е н ы

ф ильтры ( 3

\

фор­

мирующие

Y ç { k ) .

В ы чи сл ен и е

с п е к т р а ц р о и з в о д и т с я

микро-ЭВМ .

М а т е м а т и ч е с к о е о б е с п е ч е н и е

си стем ы о б р а б о т к и вклю чает ком ­

плексное

реш ен и е

з а д а ч

н е

т о л ь к о

п е р ви ч н о й о б р а б о т к и

информа­

ции, но

та к ж е и

з а д а ч у п р а в л е н и я

п р о ц ессам и

и зм е р е н и я

и

ко н ­

троля

с о с т о я н и й

м а с с - с п е к т р о м е т р а и э л ек тр о н н о й

а п п а р ату р ы . Та­

кая .с т р у к т у р а си стем ы

о б р а б о т к и о б у с л о в л и в а е т

повыш ение

надеж ­

ности

и д о с т о в е р н о с т и

а н а л и з а ,

вы полняем ого

в

промышленных' у с ­

ловиях .

2 .

Системы

с о с п е к т р о а н а л и за т о р а м и

д л я с и г н а л о в 2 - г о к л а с с а

А п ер и о д и ч ески е си гн алы

2 - г о

к л а с с а обычно

занимаю т неболь­

шой о б ъ ем

о п е р а ти в н о й

п а м я т и , п о это м у

сп ектральн ы й

а н а л и з их ц э -

л е с о о б р а з н о

п р о и зв о д и т ь

в

цифровом в и д е . Это

тем

б о л ее

необхо­

д и м о,

ч т о так о м у

а н а л и з у п р ед ш еству ет

зам ен а

перем енны х:

а р г у ­

мент t

в

вы ходном с и г н а л е

y ( t )

за м е н я е т с я

н а

ос по

формуле

Ь =

= Т е х р { - о с }

и п р о и з в о д и т с я

умножение, у ( £ )

н а

t

[2 8 ,

2 7 ] . Ал­

го р и тм

вы ч и сл ен и я обобщ енных

о т с ч е т о в

д л я

э т и х

с и гн а л о в

им еет

вид

ОО

*о № ) = T J у ( е х р { - о с } ) е х р { - е х р { - о с + А : - д р } - а } е х р { - а } ц Г а .( 4 .3 )

— ОО

На п р а к т и к е

и н т е р в а л

к в а н т о в а н и я

A i

при

за п и с и

в

р еальн о м в р е ­

мени в

о п ер ати вн у ю п а м я т ь

кван то ван н ы х по

врем ени

данны х у { i

х

х д £ ) ц е л е с о о б р а з н о в ы б и р ат ь и з у с л о в и я р а в е н с т в а и н те р в ал о в

А ос ,

т . е .

ь 'A t = T e x p { - i 'A o c ) .

Т о гд а

вы числение

и н теграла ( 4 .3 )

п р о и з в о д и т с я

д о в о л ь н о

п р о с т о

по

ф ормуле Симпсона

или

м етодом

п р я м о у г о л ь н и к о в .

В ели чи н у

А ос

можно

вы б р ать

и з

соотнош ения

е х р { —А о с } = 0 , 0 3 * 0 , 0 1 .

А нализ

п е р и о д и ч е с к и х

с и г н а л о в аппаратны м и

ср ед ствам и р а с ­

с м о т р е н

в

больш ом к о л и ч е с т в е

р а б о т , п о это м у

з д е с ь рассм отрим

т о л ь к о

н еко то р ы е

с тр у к ту р ы

с п е к т р о а н а л и за т о р о в

д л я

ан ал и ти ч е ­

с к и х п р и б о р о в и о тд ел ьн ы е

а с п ек ты

их р е а л и з а ц и и . Алгоритм

с п е к ­

т р а л ь н о г о

а н а л и з а п ер и о д и ч еск и х

с и гн а л о в и м еет

ви д

т / г

Y ( k ) =

YQ( h

) =

j r

^

y ( t ) e x p { j k - A C ü é } d é

~

т / г

- т / г

. т /г

=

J y ( t ) c o s k 'A w i c U - — ^ y ( b ) Z in k * b o u t < t b .

- т / г

- т / г

И звестны п араллельн ы е

( a )

и

п о с л е д о в а т е л ь н ы е

( 3 )

с п е к т р о ­

а н а л и за то р ы

Фурье

( р и с . 3 1 ) ,

г д е

1 -

ум н ож и тель;

Z

-

и н т е г р а т о р ;

3 -

в ы ч и сл и тел ь;

4 -

п ер естр аи ваем ы й

г е н е р а т о р ;

5

-

ЭВМ;

6 * - г е ­

н е р а то р

с е т к и ч а с т о т ;

о стал ьн ы е

п о я с н е н и я даны

в

к о н т е к с т е ) .

Оба

ти п а с п е к тр о а н а л и зат о р о в н ах о д я т

п ри м ен ен и е

н а

п р а к т и к е ,

р еал и зу ю тся

ан алоговы м и ,

цифровыми или

ц и ф р о -а н а л о го в ы м и

у с т ­

р о й с тв ам и .

Выбор

т о г о

или

и н о го

ти п а

о п р е д е л я е т с я

к о н к р е т н о й

за д а ч е й

н а

о сн о ве

к р и т ер и я

минимальных

з а т р а т

н а

о б о р у д о в а н и е ,

которы е

определяю т с т е п е н ь

н ад еж н ости а н а л и з а т о р а .

Н ап р и м ер ,

параллельны й с п е к т р о а н а л и за т о р

о б е с п е ч и в а е т м ак си м альн у ю

с к о ­

р о с т ь вы числения

с п е к т р а ,

о д н ако

т р е б у е т н а л и ч и я

г е н е р а т о р а

с е тк и ч а с т о т ( £ ) и N к а н а л о в .

В п о с л е д о в а т е л ь н о м с п е к т р о а н а л и ­

з а т о р е

э ти х

у с т р о й с т в

н е т ,

но

т р е б у е т с я

н ал и ч и е зап ом и н аю щ его

у с тр о й с тв а

входной р е а л и з а ц и и ,

к о т о р о е

м ож ет

о к а з а т ь с я

в е с ь м а

гром оздки м ,

если

э т а

р е а л и з а ц и я

в е л и к а .

Существующие

циф ровы е

сп ек тр о ан ал и зато р ы , работаю щ ие

по а л го р и тм у б ы с т р о г о

п р е о б р а ­

зо в а н и я

Ф урье,

я в л я ю тс я ,

по

су щ е ст в у , а н а л и з а т о р а м и

п о с л е д о в а ­

т е л ь н о го т и п а .

А налоговые

ан ал и зато р ы

н а х о д я т

п ри м ен ен и е

в

и з м е р и т е л ь н о й

т е х н и к е ; и сп ользую тся

к а к

о д н окан альн ы е

п е р е с т р а и в а е м ы е

а н а л и ­

з а т о р ы ,

т а к

и м н о го кан ал ьн ы е,

содерж ащ ие н еб о льш о е

( Ï 0 - 5 0 ) ч и с ­

л о к а н а л о в .

Одним и з

основны х

у з л о в

а н а л о го в ы х

с п е к т р о а н а л и з а ­

т о р о в я в л я е т с я

ум нож итель.

В о тл и ч и е

о т

ц и ф р о во го

о н

о б л а д а е т

о ч ен ь вы соким б ы стр о д ей стви ем ,

п о это м у

е г о п р и м ен ен и е

мож ет

о к а з а т ь с я ц елесооб разн ы м

при а н а л и з е

ш ирокополосны х

п р о ц е с с о в

д о в е с ь м а вы сокой

(со т н и

к и л о г е р ц ) в е р х н е й г р а н и ч н о й '

ч а с т о т ы .

При

прим енении

цифровых м ето д о в

с п е к т р а л ь н о г о

а н а л и з а

в р е а л ь ­

ном

врем ен и

тр е б у е м о е б ы стр о д ей ств и е

в

это м с л у ч а е

о к а з ы в а е т с я

о ч ен ь больш им .

Простейшим

ум нож ителем вы ходного с и г н а л а

y ( t )

н а п е р и о д и ­

ческую

функцию

я в л я е т с я ' о д н о п о л у п ер и о д н ая к л ю ч е в а я

с х е м а [ 4 8 ] ,

к о т о р а я

будучи

до п о л н ен н о й

Æ C-ф и л ьтр о м н и зк и х

ч а с т о т , о б р а з у -

6

Канал 1

•~l

f cos(A cüi)

1 ------------

f sin(A cüt)

Г '

Канал N

№

1

J7 o s (Л/-Лсo ;t)

	f	s i ft(/V-A(ü-t)
	Д ш		/V*Ati)
t	t	........................f	t -

Р и с .3 1 .

е т п о л у к а н а л с п е к т р о а н а л и за т о р а

( с м . р и с . З ! , ^ ) .

С хем а

т а к о г о

по-

л у к а н а л а п р и в е д е н а н а

р и с .3 2 , а .

Ключ К

з а м ы к а е т с я

с

п ер и о д о м

Тк

н а

и н те р в ал вр ем ен и ,

пропорциональны й

С/оп

( р и с .32,<50. В

р е ­

а

з у л ь т а т е в т о ч к е

1 н а -

К-

п ряж ен и е б у д е т

р а в н о

y(t)

7

__”__

/

-О

UA { b ) = y ( W o n { b ) . Р а з ­

о —

л а г а я

UQ n( b ) в

р я д Ф урье,

получим

Щ

{ Ь ) = у ( Ь ) +

!

х

[ c o s

1

x

7*

3

x c o s 3

Z

n i .

+ T c o s 5 & r l i

• • • ] •

I

Из э т о г о вы р аж ен и я с л е ­

д у е т , ч т о к л ю ч е в а я с х е ­

м а (с м .р и с . 3 2 , а )

ум но­

ж ает

в х о д н о й си гн ал у ( 1 )

н а в с е н е ч е т н ы е

г а р м о ­

ники ,

с о д ер ж а щ и е с я

в

UQn . Д л я и склю чения вли­

я н и я высш их

га р м о н и к

( т р е т ь е й , п я т о й и т . д . )

бы ла

п редлож ен а,

клю че­

Р и с .3 2 .

в а я с х е м а у м н о ж ен и я с

т р а н с п о н и р о в а н и е м

ч а с ­

т о т

[ 4 3 ] . С труктурн ая

сх ем а

п о л у к а н а л а

с и с п о л ь з о в а н и ё м

т а к о г о

ум нож ителя

п р и в ед ен а

н а р и с .3 2 ,1 ? , г д е .

/

-

и с т о ч н и к

с и г н а л а ;

5 -

у м н о ж и те л ь -и н те гр а то р ;

^

-

г е н е р а т о р ;

8

-

/?£% -фильтр;

о с т а л ь ­

ные

п о я с н е н и я

даны в

к о н т е к с т е .

В о тл и ч и е

о т

р и с . 3 2 , а

э т о т

п о -

л у к 4 н а л содерж ит м одулятор

2, всп о м о гател ьн ы й

г е н е р а т о р

3

и

с м е с и те л ь

6 .

Рассм отрим

р а б о т у

схем ы ,

к о г д а

н а е е

в х о д е

д е й ­

с т в у е т

с и гн а л

,y ( £ ) - c o s £ 2 0 <. На

вы ходе

м о д у л я т о р а

б у д ем

и м ет ь

$ , ( £ ) = c o s Ç lç i c o s сi ) £ ,

г д е со - ч а с т о т а н а п р я ж е н и я

в с п о ­

м о г а т е л ь н о г о

г е н е р а т о р а .

На

вы ходе

с м е с и т е л я

ч а с т о т а

и м п у л ь со в

р а в н а

(jj +

Z

n / T Фильтр

4

н а с т р о е н

н а

ч а с т о т у

с о .

Н а

р и с .3 3

приведены

с п е к т р ы

н ап ряж ен и й

н а

вы ходе

ф и л ь тр а

4 и

гар м о н и ки

коммутирующ его

н а п р я ж е н и я .

К ак

с л е д у е т

и з р и с у н к а ,

э т и

гар м о ­

ники

н е

н а к л а д ы в а ю т с я

н а с п е к т р

с и г н а л а

у ( Ь )

и

п отом у и х в л и я ­

ние

б у д е т

о т с у т с т в о в а т ь .

У словием неналож ения

г а р ­

моник я в л я е т с я

вы п о л н е ­

Спектр UQn

ние

следую щ его

н е р а в е н ­

C nem pÿ(i)

с т в а д л я ч а с т о т ы

н а п р я ­

жения

в с п о м о г а т е л ь н о г о

г е н е р а т о р а : о ) > f t m a x / 2 ,

r 5

i

( f t m a x

-

н аи б ольш ая

ч а ­

‘max

CD+Sljjjjji

co+û max

с т о т а с п е к т р а

с и г н а л а ,

со - в с п о м о г а т е л ь н а я ч а ­

Р и с .3 3 .

с т о т а ) .

На вы ходе

клю че­

вой

схем ы

5

напряж ение

б у д е т р а в н о :

U 1 ( t) = C O S

f t 0 6 +

- £ r c o s f t 0 £

COS соб [c o s ( - ^

+ со) t

. . ] =

= c o s f t Q6 + ^ | c o s ( Q 0- ^ - j 6 + c o s ( Q 0 + - ^ £ - ) 6 +

+ CO STCO

—

f t 0) 6

+

COS ^2,<0 +

y r -

+ Q g ) i

— j [ c o s ( f t Q- n £ r - - Z c a )b + c o s [ f t 0 +

i +

+

c o s [ ^ c o

+

^ -

~ & 0) б

+ c o s [

4a> +

Н етрудн о в и д е т ь ,

ч т о

п о с л е и н те гр и р о в а н и я

в с е

составляющ ие, кро ­

ме о д н о й ,

б у д у т

пренебреж им о

м алы ,

т . е .

~ ~ я Г [ S m ( Q 0 " I f )

( Ц ) ~ 7 ^ )

На

о с н о в е

схемы

р и с .3 2 , в

с т р о и т с я

у а к

называемый синхрон ­

н о -ф а зо в ы й

ф и льтр

[ 4 9 ] , которы й

о т л и ч а е т с я

о т

к а н а л а

а н а л и за ­

т о р а

т е м ,

ч то

н а е г о

вы ходе

д е й с т в у е т

м гновенное

зн ач ен и е

вход­

н о го

н ап р я ж ен и я

в

п о л о с е п р о п у ск ан и я

ф и л ь тр а,

а

не

огибающая

Т а к и е ф ильтры

эк ви в ал ен тн ы

ан алоговы м

узкополосны м ф ильтрам, но

о т л и ч а ю т с я

о т

н и х

б о л е е стабильны м и

п арам етрам и :

ч а с т о т о й

н а ­

с т р о й к и , п олосой п р о п у ск ан и я

и шириной

п о л о с ы ,

а

та к ж е

п р о с т о ­

то й п ер естр о й к и

э т и х п а р а м е тр о в

п ри помощи

управляю щ их

н а п р я ­

ж ен и й .

При и сп о л ьзо ван и и

схемы

р и с .3 2 , в

в

м н о го к а н ал ь н ы х

п ар ал ­

лельн ы х с п е к т р о а н а л и за т о р а х

м о д у л ято р Z

и

ф и л ь тр

4

-

общ ие

д л я

в с е х к а н а л о в ,

а

с м е с и те л ь 6

и г е н е р а т о р

?

должны

в ы р а б а т ы в а т ь

с е т к у

ч а с т о т

+ к • Д со ;

А =

-f, /V ] .

С хем а м н о г о к а н а л ь н о г о

с п е к т р о а н а л и з а т о р а п ри ­

в е д е н а

н а

р и с . 3 4 .

С пек­

т р о а н а л и з а т о р

с о д ер ж и т

д в а

(м о ж ет с о д е р ж а т ь и

б о л е е ) м о д у л я т о р а / , N

и д ен ти ч н ы х к а н а л о в , г е ­

н е р а т о р с е т к и 'ч а с т о т 3

и

у с т р о й с т в о

(ЭВМ) Z д л я

о ц ен ки п а р а м е т р о в

с и ­

г н а л а .

Н али ч и е

м о д у л я ­

т о р о в

п о з в о л я е т в д в а

(и б о л е е ) р а з а

с о к р а ­

т и т ь п о т р е б н о с т ь в ч и с ­

л е

н ап р яж ен и й сетк и

ч а с ­

т о т , ч т о у п р о щ а е т

к о н ­

струкц и ю

г е н е р а т о р а .

Д и а п а зо н а н ал и зи р у ем ы х

ч а с т о т

п е р в о й 1руппы

к а ­

н а л о в

р а в е н

à< jû -r(N /Z )àw ,

а

в т о р о й

( а > 1

+ Д с о - оог )-г

-

[coi +

(N /Z )

Д с о - < o j .

Е сли

(N /Z ) А оо

, т о

э т о т д и а п а з о н б у д е т р а ­

в е н (/V /Z + i)A o o + A f’A co. В

Р и с .3 4 .

р е з у л ь т а т е

о б е

груп п ы

к а н а л о в перекры ваю т

в е с ь

д и а п а з о н

о т Дсо д о

/У-Дсо.

Ч исло

к а н а л о в

в

та к о м с п е к т р о а н а л и з а т о р е

м ож ет

бы ть

р а в н о

с т а

и б о л е е .

С ледует

о т м е т и т ь ,

ч то с о в р е м ен н а я

и н т е г р а л ь н а я

т е х н о л о г и я

и с о з д а н н а я н а

е е б а з е

э л е м е н т н а я б а з а

п о зво л яю т

р а з р а б о т а т ь