Пристрій для дисперсійного аналізу зі слідкуванням зміщення активного спектра нестаціонарних процесів

1. Пристрій для дисперсійного аналізу зі слідкуванням за зміщенням активного спектра нестаціонарних процесів, який містить дисперсійну лінію затримки (ДЛЗ), вихід якої є виходом пристрою, який відрізняється тим, що ДЛЗ є автоматично керованою (слідкуючою) лінією, на вході якої введені послідовно з'єднані обмежувач перешкод (ОП), вхід якого є входом пристрою, та слідкуючий 3 Е.И.. Об анализе спектра устройством с дисперсией. «Радиотехника» т. 21, №10, 1966г., Рис.2]. Ця схема має послідовно з'єднані відомий амплітудний модулятор та ДЛЗ. Комплексна обвідна вихідного сигналу цього модулятора має внутрІшньоімпульсну модуляцію частоти, яка змінюється з часом лінійно. Швидкість цієї зміни узгоджена з величиною дисперсії ДЛЗ, що необхідно для компенсації експоненти з показником квадрату часу у виразу відклику лінії. Однак, оскільки у подібних аналізаторах обвідна вихідного сигналу модулятора повинна дорівнювати вхідному сигналу, то, як відомо, необхідно зміщувати вхідний сигнал на достатньо велику початкову постійну частоту. При цьому на виході модулятора одержується явний радіоімпульс з двома боковими смугами частот, з-за чого ускладнюється реалізація ДЛЗ. Крім того, та частина цього пристрою, яка э амплітудним модулятором являє собою відомий аналізатор гетеродинного типу послідовної неодночасної дії. Але реалізація такого аналізатора, навіть без ДЛЗ, вважається порівняно непростою технічною задачею [Раушер К., Йанссен Ф., Минихольд Р. Основы спектрального анализа: Пер. с англ. С.М. Смольского/ Под ред. Ю.А. Гребенко - М.: Горячая линия - Телеком, 2006г.] Технічною задачею, яка вирішується корисною моделлю, є задача одержання більш ефективного пристрою для дисперсійного аналізу саме активного спектра нестаціонарних процесів - сигналів виміряної інформації шляхом використання особливостей поняття та відомого метода аналІза такого спектра [Туник В.Ф. Метод аппаратурного анализа активного спектра нестационарных процессов, «Известия ВУЗов. Радиоэлектроника», том 51, №6, 2008г.] при значному спрощенні реалізації ДЛЗ. Ця задача вирішується пристроєм для дисперсійного аналізу зі слідкуванням зміщення активного спектра нестаціонарних процесів, який містить дисперсійну лінію затримки (ДЛЗ), вихід якої є виходом пристрою. Новим є те, що у цьому пристрою ДЛЗ є автоматично керованою (слідкуючою) лінією, на вході якої уведено послідовно з'єднані обмежувач перешкод (ОП), вхід якого є входом пристрою, та слідкуючий смуговий фільтр (ССФ) і уведено послідовно з'єднані частотний дискримінатор (ЧД), вхід якого з'єднано чи з виходом ОП, чи з виходом ССФ, та керуючий елемент (КЕ), вихід якого з'єднано зі входом керування як ССФ, так і ДЛЗ. Відрізняється цей пристрій також і тим, що у залежності від умов конкретної технічної задачі, ССФ це електричний частотний фільтр вище другого порядку певного типу або слідкуючий односмуговий модулятор фазофільтрового типу - «еквівалентний смуговий фільтр», які, згідно з особливостями активного спектра, мають однакові з ДЛЗ мінімально можливу постійну смугу частот та середню частоту початкової настройки, яка дорівнює частоті переходу ЧД. Принципова можливість одержання слідкуючу ДЛЗ відома [Патент України на корисну модель 40428, Н03Н21/00, G05B13/02, Бюл. №7, 2009р.]. 48605 4 На кресленні, що додається, наведена структурна електрична схема пристрою для дисперсійного аналізу зі слідкуванням зміщення активного спектра нестаціонарних процесів, який містить послідовно з'єднані обмежувач перешкод (ОП) 1, вхід якого є входом пристрою, слідкуючий смуговий фільтр (ССФ) 2 та слідкуючу дисперсійну лінію затримки (ДЛЗ) 3, вихід якої є виходом пристрою, який містить також послідовно з'єднані частотний дискримінатор (ЧД) 4 та керуючий елемент (КЕ) 5, вихід якого з'єднано зі входом керування ССФ 2 та ДЛЗ 3. Вхід ЧД 4 з'єднано чи з виходом ССФ 2 (обернене керування), чи з виходом ОП 1 (пряме керування, що показано пунктиром). Працює запропонований пристрій таким чином: У момент, коли з'явиться порушення безперервного функціонування реального фізичного об'єкту чи почнеться гальмування локомотива, на вході обмежувача перешкод ОП 1 з'явиться певної форми сигнал, напруга якого на виході ОП 1 викличе напругу з підвищеним відношенням сигналперешкода. З виходу ОП 1 сигнал надходить на сигнальний вхід ССФ 2 і у варіанті прямого керування на вхід частотного дискримінатора ЧД 4. З виходу ЧД 4 напруга керування надходить на вхід керуючого елемента КЕ 5, вихідна напруга якого надходить на вхід керування ССФ 2 і ДЛЗ 3. Так починається процес слідкування за зміщенням активного спектра вхідного для ССФ 2 сигналу, на виході якого з'явиться сигнал з лише миттєвим активним спектром, який вже для цього моменту містить достатньо повну інформацію про вхідний сигнал. Аналізатор у варіанті прямого керування подібний широко відомому аналізатору послідовної дії, бо ССФ 2 у цьому випадку примусово перестроюється у межах зміщення активного спектра з тією ж швидкістю, з якою гетеродин відомого аналізатора зміщує спектр по відношенню до його стаціонарного фільтра. Хоча, як вище відмічено, окремий послідовний аналізатор активного спектра неодночасної дії неможливо використовувати, бо такий спектр нестаціонарний, однак разом з ДЛЗ він набуває особливу значно більш корисну властивість одночасної дії. З виходу ССФ 2 одержаний сигнал надходить на вхід ДЛЗ 3, на виході якої, тобто на виході пристрою, одержується, як відомо, практично без перешкод сигнал, обвідна якого відображає активний спектр, лише затриманий, в залежності від типу ДЛЗ 3, на незначний початковий час. Завдяки лінійної залежності характеристики групового часу затримки від частоти, кожна складова активного спектра на виході ДЛЗ 3 розташовується на відповідному відрізку осі часу дії вхідного для ССФ 2 сигналу точно так же, як вона повинна розташовуватися на осі частот з урахуванням масштабу. Це означає, що кожну складову активного спектра на виході ДЛЗ 3 можна виміряти у кожен момент часу. Ця особливість дисперсійного аналізу вказує на унікальну адекватність такого аналізу особливостям саме активного спектра сигналів. Як І у відомих дисперсійних аналізаторах тривалість реакції слідкуючої ДЛЗ 3 виходить найменшою у варіанті прямого керування, у цьому 5 48605 випадку дисперсійний аналіз короткочасних імпульсів дозволяє одержати потрібні вимірювання спектру у реальному часі у темпі надходження вхідного для ДЛЗ З сигналу. Для цього, як можна показати, необхідно лише забезпечити велике значення крутості характеристики групового часу затримки лінії, що є реально, бо ДЛЗ 3 має відносно вузьку смугу частот, тому не потрібно компенсувати вище відмічену експоненту у аналітичному виразу відклику ДЛЗ 3. У варіанті оберненого керування запропонованого пристрою з виходу фільтра ССФ 2 сигнал надходить не тільки на вхід ДЛЗ 3, а і на вхід ЧД 4. У цьому випадку зміщення активного спектра на виході ДЛЗ 3 виконується з затримкою на невеликий відрізок часу перехідного процесу самонастройки ССФ 2. Решта особливостей роботи пристрою у цьому варіанті не відрізняються від відмічених особливостей роботи у першому варіанті, бо в усталеному режимі другого варіанта виконується потрібне слідкування. При закінченні на відрізку часу ефективної дії вхідного сигналу ССФ 2 та ДЛЗ 3 повернуться на початкову середню частоту настройки і на цьому закінчиться процес спостереження та виміряння активного спектру нестаціонарних, значить короткочасних, процесів. Таким чином, запропонованим пристроєм передбачається одержати підвищення точності та інформативності аналізу активного спектра сигналів у реальному часі при значному спрощенні реалізації ДЛЗ порівняно з відомими пристроями дисперсійного аналізу. Запропонований пристрій передбачається використовувати у єдиній системи автоматичного керу Комп’ютерна верстка Л. Купенко 6 вання реальними фізичними об'єктами, у якій за допомогою виконуючих механізмів досягається підвищення ефективності функціонування за рахунок зменшення прояву небажаного відхилення їх від нормальної безперервної роботи або, наприклад, у процесі ефективного гальмування локомотива. При необхідності контролю функціонування цієї системи, у запропонований пристрій можна увести осцилограф, генератор горизонтальної розгортки якого необхідно лише засинхронізувати з частотою зміщення активного спектра. А при необхідності підвищення кількості виміряної інформації при незначному ускладненні системи, у запропонований пристрій можна увести необхідні додаткові відомі блоки для одержання ще І фазового активного спектру, що дозволяє одержати також синтез виміряних сигналів. З метою підтвердження принципової можливості досягнення вище відмічених особливостей запропонованого пристрою, шляхом комп'ютерного математичного моделювання були одержані моделі слідкуючих ССФ та ДЛЗ і графіки спектрів окремо як на осі спектральних частот для різних короткочасних функцій, так і на відрізку осі часу ефективної дії цих функцій. З одержаних спектрів на усій довжині дії активного спектра спостерігалася достатньо висока точність аналізу активного спектра. Таким чином, можна стверджувати, що запропонований пристрій дійсно вирішує проблемну задачу апаратурного аналізу у реальному часі саме активного спектра нестаціонарних, значить короткочасних, процесів при значному спрощенні реалізації ДЛЗ. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601