Інформаційні параметри сигналів
В.М. Гончаров
Вивчення розвитку
коливальних процесів у випробовуваних
виробах, шляхом проведення досліджень одиночних імпульсних сигналів
випромінюваних даними виробом, вимагає знання їх параметрів. Ці параметри повинні
дозволяти відтворювати найбільш повну картину сигналу в частотній і тимчасової
області. Основними такими параметрами сигналу є: енергія сигналу,
пікова потужність, тривалість сигналу, що несе частота, кількість посилок у
сигналі.
Необхідність їх вимірювання полягає в наступному:
Енергія імпульсу дозволяє визначити критерії
стійкості вимірювальної апаратури і з'ясувати енергетичні можливості
розробляються джерел.
Пікова потужність сигналу дозволяє визначити процеси
розвитку коливань і характеризує його здібності.
Вимірювання тривалості радіоімпульсу дозволяє
з'ясувати механізм процесів, що відбуваються.
Кількість імпульсів дозволяє уточнити динаміку
процесів в джерелі, відразу визначаючи параметри радіотехнічних процесів,
одночасно характеризуючи поведінку механічних процесів.
Комплексний аналіз цих даних дозволяє практично
з'ясувати сутність що протікають в одноразових джерелах процесів, уточнити
параметри фізичної моделі, і вчасно внести корективи в розробляються
джерела.
Для вимірювання параметрів імпульсного електромагнітного
випромінювання, групою розробників Інституту радіофізики та електроніки НАН
України, розроблений базовий блок спектрометра. Він дозволяє вимірювати енергію
одиночного електромагнітного імпульсу W, максимальне
значення пікової потужності сигналу Р, тривалість вхідного сигналу T, і кількість імпульсів у сигналі N.
Принцип роботи спектрометра ІПІЕІ-1
приладу Структурна схема показана на рис.1. Вона
складається з наступних вузлів. Вхідного фільтра, детектора, каналів вимірювання --
енергії імпульсу, пікової потужності і тривалості імпульсу. Для управління
вузлами спектрометра, обробки результатів вимірювань і виведення даних на
індикатор використовується контролер. Прилад працює таким чином. Сигнал з
антени надходить на вхідний фільтр, і далі на детектор. З виходу детектора
обвідна досліджуваного сигналу надходить на вхідний підсилювач, який забезпечує
необхідне посилення в смузі частот узгоджених з параметрами оброблюваних
сигналів. Вихідний сигнал підсилювача надходить на три канали обробки-канал
вимірювання енергії імпульсу, канал вимірювання пікової потужності та канал вимірювання
тривалості. Принцип роботи цих каналів вимірювання енергії та пікової потужності
заснований на перетворенні вимірюваного параметра в квазіпостоянное напругу.
Для цього в каналі вимірювання енергії вхідний сигнал інтегрується, а потім
після посилення та подальшої обробки надходить на попередній розширник
тривалості імпульсу. У каналі виміру пікової потужності вхідний сигнал
спочатку проходить попередню обробку, а потім також надходить на
розширник вхідного сигналу. Вимірювання тривалості імпульсу здійснюється
шляхом перетворення час - амплітуда. Для цього сигнал виходу підсилювача
надходить на швидкодіючий амплітудний дискримінатор на що формує на
вихід прямокутний імпульс, тривалість якого визначається параметрами
вхідного сигналу. Далі цей імпульс надходить на перетворювач час-амплітуда.
На виході перетворювача формується пилоподібний вихідний сигнал, передній
фронт якого дорівнює тривалості вхідного сигналу, а амплітуда напруги
визначається тривалістю вхідного сигналу. У разі якщо вхідний сигнал
складається з декількох вхідних імпульсів на виході перетворювача амплітуда
вихідного сигналу пропорційна сумі тривалостей імпульсів. З виходів
каналів вимірювання енергії, пікової потужності та тривалості сигналу напруги
пропорційні перетворений параметрами надходять на входи відповідних
амплітудних детекторів. Це необхідно для зменшення помилки в проміжку
часу між закінченням перетворень і в період зчитування й обробки
отриманих результатів, а також для узгодження з аналого-цифровим перетворювачем
(АЦП). З виходів амплітудних детекторів напруги пропорційні рівням відповідних
параметрів сигналів надходять на плату контролера в і далі на АЦП. За
закінчення вихідного сигналу керуючий процесор видає команду АЦП на
зчитування, які надходять на його вхід, сигналів. АЦП послідовно зчитує
надійшли рівні напруг, а потім процесор після зчитування
відповідних їм параметрів з таблиць калібрування, зашиті у відповідні
пристрої пам'яті, передає їх для індикації на дисплеї. Для підрахунку
кількості імпульсів використаний вихід дискримінатор, сигнал з якого
надходить на, розташований на платі контролера, швидкодіючий лічильник.
Алгоритм роботи приладу передбачає роботу приладу
в діалоговому режимі з оператором і перевірку працездатності акумуляторних
батарей. Для зменшення температурних похибок прилад калібрується в
різних температурних діапазонах, а дані результатів калібрування зашиваються
у відповідну область пам'яті. Усунення похибки пов'язаної з
температурним прогревом елементів при включенні приладу досягається за рахунок
введення 2-х хвилинного інтервалу після чого вбудований процесор здійснює
внутрішнє тестування напруг на акумулятор та початкових напруг амплітудного
детектора і тільки при їх нормальних значеннях дозволяється подальша робота з
приладом. Наявність процесорів дозволяє організувати передачу даних
результатів вимірів до віддаленої обчислювальної машини.
Загальний вигляд спектрометра ІПІЕІ-1 зображений на рис.2
Рис1. Блок схема спектрометра ІПІЕІ-1.
Технічні характеристики спектрометра ІПІЕІ-1
1. Діапазон робочої частоти - 9,38 ГГц, = 3 см.
2. Смуга пропускання в робочому діапазоні = 450 МГц.
3. Ефективна площа антени S = 1,38 см.
4. Діапазон вимірюваної енергії випромінювання Е дж, від 0,02
T 10 до 3,7 T10.
5 Діапазон вимірюваної потужності випромінювання P Вт, від 0,05 до 5,0 T 10 T 10.
6. Діапазон вимірюваної тривалості імпульсу випромінювання
сек, T10 від 0,30 до 550 T10.
7. Кількість вимірюваних імпульсів в одному вимірі не
більше 100.
8. Вимірювальний приймач виконаний у вигляді моноблочною конструкції
з автономним живленням амплітудою 12 В.
9. Ємність джерел живлення не менше 1,2 А/г.
10. Вимірювальний приймач енергії НВЧ - випромінювання має
вихідні, захищені від НВЧ - наведень, роз'єм для підзарядки акумуляторних батарей,
дисплей приладу також захищений від наведень.
11. Габарити блоку не більше 300х600х400мм.
12. Маса вимірювального приймача не більше 10кг.
Прилад пройшов випробування в полевихусловіях.
Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані
матеріали з сайту http://www.laboratory.ru
