ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методика аппаратурного исследования физических процессов из "Аппаратурный спектральный анализ сигналов" АСА можно осуществлять, непосредственно исследуя выходное напряжение датчиков — преобразователей физических процессов в электрические, либо запоминая ( консервируя ), а затем многократно воспроизводя записанные процессы ( 1.5). Для консервации процессов чаще всего применяют точную магнитную запись [1.28]. Датчик и запоминающее (анализирующее) устройство могут быть территориально разнесены и связаны каналом связи. Анализ с записью исследуемых процессов рационален ( 1.5), так как позволяет разделить во времени наблюдения или опыты и собственно анализ (обработку записей для выделения нужной информации), разрешает многократно проводить обработку записей, пользуясь разной методикой, создать собрание записей процессов, которыми можно пользоваться, не повторяя иногда весьма дорогостоящие наблюдения или опыты. Можно суммировать записи разных процессов, сдвигая их во времени и частоте, например для моделирования допплеровского сдвига частот эхо-сигналов и т. п. [c.133] Проводить АСА можно непосредственно на месте расположения датчиков или в другом месте, используя каналы связи. Выбрать тот или иной вариант можно, сопоставив искажения, вносимые каналом связи, с допустимыми и оценив условия анализа. Если проводить АСА с записью и последующей обработкой записей, то одновременно с записью процессов нужно проводить предварительный экспресс-анализ. Цель экспресс-анализа— проверить методику исследований и сопоставить предварительные результаты АСА с ожидаемыми, установить, не противоречат ли они теоретическим предпосылкам и принятой рабочей гипотезе о модели исследуемого процесса. Если такие противоречия обнаружены, то нужно выяснить и устранить их причину, иначе продолжать исследования бессмысленно ( 4.4). [c.133] Искажения в датчиках, канале связи, записывающей аппаратуре и спектроанализаторах (СА) вносят погрешности, которые могут количественно или даже качественно искажать результаты АСА. Рассмотрим причины искажений и меры снижения их влияния. [c.134] В дальнейшем для краткости совокупность датчиков, канала связи, записывающего устройства и т. п. назовем трактом исследуемого процесса (ТИП). Реальный ТИП имеет ограниченные частотный и динамический диапазоны, что может привести к недопустимым линейным и нелинейным искажениям. Могут появиться также искажения, вызванные изменением характеристик ТИП и воздействием помех. В соответствии с задачами исследования выбирают амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики (АЧХ и ФЧХ) ТИП. Отклонения АЧХ и ФЧХ звеньев ТИП могут превышать допустимые для ТИП в целом, однако необходимо, чтобы эти отклонения взаимно компенсировались. Взаимная компенсация отклонений параметров звеньев ТИП возможна только при стабильности их параметров. Иногда при АСА процессов с резко неоднородным спектром вводят предыскажения, выбирая АЧХ ТИП так, чтобы подавить или выделить нужные участки спектра. Если АЧХ звеньев, создающих предыскажения стабильны, то предыскажения можно учесть с помощью весовой (частотной) функции при интерпретации результатов АСА. [c.134] Максимально допустимый уровень исследуемого процесса ограничивается допустимыми нелинейными искажениями, минимальный — помехами ТИП, включающими собственные шумы, внешние помехи и наводки. Можно снизить влияние внешних помех и наводок, включив вблизи датчиков усилители, дополнительно согласующие выход датчика с последующими звеньями ТИП. При значительных изменениях уровня исследуемого процесса большое усиление недопустимо, так как при больших уровнях возможна перегрузка входного усилителя включая на входе усилителя переключаемый делитель, предотвращают перегрузку ТИП. [c.134] Во избежание перегрузки активных элементов ненужными спектральными компонентами, не входяш,ими в исследуемый участок спектра, используют ограничивающие фильтры. Фильтр можно включить либо между каскадами предварительного усилителя, либо на его выходе, однако в последнем случае возможна перегрузка входных активных элементов ненужными компонентами спектра, в частности, постоянной составляющей при низкочастотном АСА на это нужно обратить особенное внимание при использовании активных резисторно-емкостных фильтров (/ , С). Иногда фильтр делят на несколько звеньев, включая их в разные каскады предварительного усилителя, однако может случиться, что при достаточной избирательности фильтра в целом, избирательности одного звена может не хватить и первые активные элементы могут быть перегружены. [c.135] Для ТИП с радиоканалом следует учитывать реальный динамический диапазон, равный при амплитудной модуляции (АМ) 30. .. 40 дБ и при частотной (ЧМ) 40. .. 50 дБ. По возможности следует выбирать радиоканал с ЧМ, поскольку помехоустойчивость ЧМ выше АМ при качестве радиоприема лучше удовлетворительного, допустимом при АСА. Амплитудно-частотную характеристику звена ТИП между датчиком и радиоканалом выбирают так, чтобы улучшить отношение сигнал/ помеха, сообразуясь со спектральным составом исследуемого процесса и помех (наводок). [c.135] Рассмотрим далее выбор длительности реализации и полосы частот анализа при аппаратурных исследованиях нестационарных случайных процессов (НСП). [c.135] Используя эти соотношения, можно методом последовательных приближений найти оптимальную длительность реализации и оптимальные параметры СА. [c.136] В простейшем случае медленно изменяющихся модулирующих функций, когда допустима аппроксимация 5 (со, t) полиномом не выше третьей степени, априорно известно то, что 8 , 8.J, и независимы. [c.136] Если есть возможность многократно повторять исследуемый процесс (непосредственно или с применением запоминающих устройств), то можно рекомендовать находить G((o, t) и В((о, t) по следующей методике. [c.136] Длительностью Ti (например, применяя интегратор с нужной постоянной времени) и сравнивают показания индикатора СА на выходе фильтров (фильтра) для разных участков реализации в одной и смежных полосах частот Рф. Относительный разброс показаний индикатора AI нужно сопоставить с принятой в качестве первого приближения суммарной погрешностью 8j,, или случайной бол1 погрешностью. [c.137] Если Д/ 5j, , то следует попытаться определить, насколько далеки предварительно выбранные значения й и Г от оптимальных (3.28). Это можно сделать, одновременно изменяя й и Г, но сохраняя постоянным их произведение. Если одновременное изменение Q и Г не даст суш,ественного приближения Д/ к (2...3)5j,,, то это означает, что по одной реализации данного случайного процесса нельзя получить предварительно заданную точность, и нужно, задавшись большей погрешностью повторять поиск до тех пор, пока Д/ не приблизится к (2. .. 3)8J,. [c.137] Для некоторых функций 5(ш, t) величины йопт и Гопт изменяются в зависимости от ио и U, поэтому их следует подбирать не для всей реализации и не для всего диапазона частот, а для отдельных участков. [c.137] Показания индикатора для последовательности отрезков реализации иссследуемого процесса в заданном диапазоне частот определяют искомую функцию С ю, t) . [c.137] Разбив исследуемую реализацию на участки длительностью Тг, определяют оценки изучаемой характеристики для каждого участка и вновь сравнивают полученный разброс оценок Аг и 6 2- Эта процедура повторяется до тех пор, пока при п-и приближении не будет найден минимум 8 , либо полученная при очередном приближении погрешность будет меньше допустимой. [c.139] При аппаратурных исследованиях физических процессов, для которых априорно известно, что изменение процесса, возникающее пз-за нестационарности на каком-либо участке монотонно, для разделения статистической и нестационарной составляющих суммарной погрешности можно периодически менять время осреднения соседних интервалов. При этом погрешность нестационарности должна с тем же периодом регулярно меняться. Сопоставляя разброс результатов измерений с ожидаемым регулярным (из-за изменения интервала осреднения) и случайным изменением п-то приближения, оценивают их вклад в общую погрешность и подбором находят оптимальное время осреднения по известному отношению случайной и нестационарной составляющих при минимуме общей погрешности (3.31). [c.139] Аналитические исследования, выполненные в предположении, что функции Л(/) ( 1.3) и В (Л, t) ( 3.3) известны, нужны в основном для того, чтобы при экспериментальных исследованиях НСП можно было воспользоваться понятием об оптимальных условиях анализа и соотношениями (1.21) и (3.31), связывающими суммарную и случайную погрешности при оптимальном времени осреднения. [c.140] Таким образом, для выполнения АСА НСП в СА необходимо предусмотреть возможность изменять полосу пропускания и время осреднения. [c.140] Результаты АСА физических процессов позволяют классифицировать исследуемые процессы (рис. 1.1). Классификационными признаками процессов при АСА могут быть соотношения максимальных, средних и среднеквадратических значений детектированного напряжения АФ СА три разных постоянных времени детектора [24] и изменение выходного уровня при изменении полосы пропускания АФ СА. Для разных классов физических процессов в табл. 4.1 приведены соотношения между максимальными Омакс, средними /ср и среднеквадратическими С/ск значениями напряжений на выходе узкополосных колокольных фильтров с полосами Рф1 и = Ф1(Ь 1) и однотактным линейным детектором. [c.140] Вернуться к основной статье