книги из ГПНТБ / Калинчук, Б. А. Анализаторы инфразвуковых случайных процессов

Таблица 1-10

S = 2

К1= И - 1= 0,5

60

Продолжение табл. 1-10

методов состоит в замене общего эмиттерного сопротивления тран­

не превышает 20 мв, регулирование уровня срабатывания схемы производится с помощью делителя на сопротивлениях в базовой цепи первого транзистора схемы.

В последнее время в узлах амплитудных квантизаторов инфразвуковых коррелометров стали широко использоваться схемы на туннельных диодах.

Один из вариантов такого устройства показан на рис. 1-31. Уст­ ройство состоит из трех каналов (каналов дискриминации положи­ тельных и отрицательных входных сигналов и канала дискрими­ нации знака) и двух выходных инверторов.

Канал дискриминации по уровню отрицательных входных сиг­ налов включает в себя мультивибратор на туннельном диоде типа АИ301А (Д1), однокаскадные усилители на транзисторах типа П416Б (Т1) и типа ГТ311И (Т2), детектор на диоде Д219 (Д2). При превышении входным сигналом (по абсолютной величине) уровня, на который настроено пороговое устройство, мультивибратор, пе­ реходящий в колебательный режим, генерирует прямоугольные импульсы с частотой 1 мгц. Детектор на диоде Д2 выделяет огибаю­ щую импульсной последовательности. При уменьшении входного сигнала (по абсолютной величине) ниже уровня дискриминации (в приведенном на рис. 1-31 устройстве порог составляет — 1,57 в) колебания прекращаются, и на коллекторе Т2 устанавливается ну­ левой уровень. Порог срабатывания устройства регулируется в пре-

61

делах 0,5 ч- 2 в с помощью переменного сопротивления 150 ом, включенного последовательно с дросселем 50 мкгн.

Канал дискриминации положительных сигналов выполнен ана­ логично на туннельном диоде Д4, транзисторах Т4, Т5 и детекторе на диоде Д5. Питание мультивибратора и первого усилителя этого канала осуществляется от источника положительного напряжения. Выходные напряжения каналов снимаются с коллектора Т2 и эмит­ тера Т5 и через схему сборки на диодах ДЗ, Д6 подаются в базовую цепь выходного инвертора на транзисторах ТЗ (П416Б). Снимае-

R R R R

мый непосредственно с выхода схемы сборки сигнал (Вых. 2) несет

ризует время пребывания дискриминируемой функции в интервале Ѳ2 Ѳ4.

Канал дискриминации знаков входного сигнала выполнен на туннельном диоде АИ301А (Д7), транзисторах Тб, Т7 и детекторе на диоде Д8. Уровень срабатывания схемы составляет — 5 мв (т. е. около 0,15% от максимального значения £/вх. шах = 3,15 в). Им­ пульсные последовательности, характеризующие длительность по­ ложительной и отрицательной полярности входного сигнала, сни­ маются с выходного инвертора канала (транзистор Т8).

63

Рис. 1-30. Схема триггера Шмитта с малым гистерезисом

64

- Е

Рис. 1-31. Схема трехканалыюго дискриминатора

65

1-4. Устройство ввода и задержки сигналов ИНЧ-диапазона

Под устройствами ввода принято понимать узлы статистических анализаторов, предназначенные для преобразования формы пред­ ставления измерительной информации к виду, согласованному со структурой анализирующего устройства (обычно — с вариантом выполнения его входных цепей). В качестве устройств ввода ис­ пользуются блоки считывания информации с перфолент и перфо­ карт, кино- и фото-пленки, с графиков и т. д. В настоящее время в качестве устройств ввода информации в анализаторы достаточно часто используются специализированные магнитофонные устрой­ ства (СМУ), выполняющие одновременно функции узлов создания относительных временных сдвигов анализируемых сигналов. Форма представления информации на выходе СМУ определяется структурой входных цепей анализаторов, а диапазон ттіІ1 — тшах и шаг изменения задержки (запаздывания) Ат — конкретным ис­ полнением аппаратуры магнитной записи (конструкцией лентопро­ тяжного механизма; видом магнитного носителя — лента, барабан; количеством степеней свободы и размерами линейных перемещений головок СМУ и т. п.).

Идеальный блок запаздывания характеризуется следующей

где т — текущий аргумент запаздывания. Как следует из (1-115), выходной эффект блока запаздывания является (в идеальном слу­ чае) точным повторением входного воздействия, но отстает от него во времени на величину т. Применив операторный метод, запишем элементы уравнения (1-115) в следующем виде:

Найдем передаточную функцию W (р) блока запаздывания в виде отношения входной и выходной величины:

Как следует из (1-117), модуль амплитудно-частотной характе­ ристики идеального блока запаздывания постоянен во всем диапа­ зоне частот и равен | W (/со) | = 1. Фазовая характеристика такого блока есть линейная функция частоты.

Естественно, что практически реализуемые устройства запазды­ вания имеют неравномерную амплитудную и нелинейную фазовую характеристики. Амплитудные и фазовыеискажения сигналов в трактах СМУ в значительной степени определяются выбранным методом записи сигналов на магнитный носитель. Поэтому кратко рассмотрим основные методы магнитной записи.

66

Нелинейность кривой намагничивания магнитной ленты при малых значениях напряженности поля Н приводит к значительным искажениям сигнала за счет нарушения пропорциональности ме­ жду величиной тока записи и намагничиванием ленты. Наиболее распространенным способом линеаризации зависимости между оста­ точной индукцией ленты и током записи является использование высокочастотного подмагничивания [93]. Высокочастотное подмагничнвание ленты осуществляется путем пропускания через обмотку головки записи одновременно с током записи дополнительного пе­ ременного тока (тока подмагничивания), частота которого в не­ сколько раз превышает верхнюю спектральную составляющую информативного сигнала. При нулевом значении тока записи лента остается полностью размагниченной.

Электродвижущая сила, наводимая в головках воспроизведе­ ния, определяется скоростью изменения магнитного потока (т. е. скоростью движения носителя и спектром записанного сигнала), а также уровнем намагниченности ленты. Величина э. д. с., наво­ димой сигналами с частотами даже в 300—600 гц, не превышает долей милливольта [93]. Поэтому при использовании в СМУ пря­ мой записи — особенно в области низких частот — для достиже­ ния максимально возможного намагничивания ленты и э. д. с. вос­ произведения следует работать с максимально допустимым током записи.

Основными недостатками метода прямой записи являются боль­ шие искажения воспроизводимого сигнала за счет паразитной ам­ плитудной модуляции ПАМ (обусловленной нестабильностью кон­ такта между головкой и лентой) и паразитной временной модуляции (обусловленной колебанием скорости сигналограммы). Различные методы предварительной (до записи на ленту) модуляции сигнала позволяют значительно улучшить точностные показатели СМУ.

В настоящее время широко используются методы временной

раметром является частота синусоидальной несущей. Ширина спектра ЧМ-сигнала определяется спектром входного сигнала, выбранным значением частоты несущей /0 и девиацией Аf. При этом мгновенные значения частоты ЧМ-колебания при модуляции гар­ моническим сигналом частоты /у определяются в виде

f = fo + m А/cos 2я/у t,

где m < 1 — коэффициент модуляции.

Однако при использовании 4M проблема борьбы с колебаниями скорости лентопротяжного механизма (ЛПМ) при проектировании СМУ остается одной из основных, так как связанное с этим явле­

67

нием неравномерное движение носителя вызывает не только нару­ шения временной стабильности масштаба воспроизведения, но и амплитудные искажения сигнала.

Широко используемыми методами предварительной модуляции сигналов являются ЧИМ и ШИМ. Каждый из этих методов имеет определенные преимущества, реализуемые в конкретных ЛПМ, на определенном электронном оборудовании и при выбранных пара­ метрах магнитной записи. С точки зрения коэффициента использо­ вания, определяемого отношением высшей модулирующей частоты к граничной частоте СМУ, предпочтительнее оказывается ЧИМ. Однако при проектировании СМУ с петлевыми ЛПМ, имеющими ко­ эффициент колебания скорости более 1—2%, для получения мень­ шего относительного уровня помехи целесообразнее использовать ШИМ. Разновидность ШИМ — односторонняя широтно-импульс­ ная модуляция (ОШИМ) — предполагает пропорциональное пре­ образование мгновенной ординаты модулирующего сигнала в дли­ тельность импульса, причем частота следования и амплитуда им­ пульсов постоянны. В свою очередь, перспективная модификация ОШИМ — односторонняя широтноимпульсная модуляция 1 рода (ОШИМ-1) — выполняет преобразование, состоящее в том, что не­ модулированные фронты импульсов появляются с тактовой часто­ той, а длительность импульсов пропорциональна ординате модули­ рующего сигнала в момент появления модулированного фронта. Существенным достоинством ОШИМ-1 является наличие в спектре модулированного сигнала спектральных составляющих модули­ рующего напряжения при отсутствии их гармоник. Это обстоятель­ ство позволяет использовать при восстановлении сигнала метод демодуляции «по отношению» с помощью фильтра нижних частот.

Рассмотрим насколько вариантов построения СМУ, в основу которых положены различные методы создания относительных вре­ менных сдвигов регистрируемых сигналов. Одним из наиболее про­ стых и поэтому часто используемых является метод, связанный с ис­ пользованием одной перемещаемой магнитной головки. Анализи­ руемые сигналы предварительно записываются либо на одну маг­ нитную ленту, намотанную на две кассеты («разомкнутый носитель» по терминологии С. П. Хлебникова), либо на склеенную в беско­ нечное кольцо («замкнутый носитель»). Считывание сигналов с дви­ жущейся с постоянной линейной скоростью ленты производится двумя воспроизводящими головками. Принцип создания перемен­ ной задержки состоит в следующем (рис. 1-32). Головка М Г Х же­ стко крепится на станине лентопротяжного механизма, а головка

МГ 2 помещается на подвижной платформе, которая вручную (чаще всего с помощью микрометрического винта) или автоматически пе­ ремещается вдоль магнитного носителя. При перемещении головки

МГ 2 угол охвата ее магнитной лентой должен обеспечиваться не­ изменным; это условие реализуется с помощью специальных на­ правляющих роликов Р х, Р 2, установленных на подвижной плат­ форме ПП.

68

Особенностью этого варианта выполнения устройства задержки

устранения этого явления в СМУ подобного типа запись сигналов производится двумя записывающими головками, разнесенными по станине на расстояние Л/тіп между головками воспроизведения М Г Х и М Г 2. При этом запись на ленте имеет вид, представленный на рис. 1-33.

В качестве записывающих головок применяются универсальные многодорожечные магнитные головки. При этом на носитель запи­ сываются не только анализируемые сигналы, но и информация, поступающая по служебным каналам: метки начала и конца записи, команды автоматического пуска и остановки, звуковое сопровож­ дение (речевые команды и комментарии) и т. п.

Текущая величина временного сдвига определяется здесь по формуле:

М — Д/п

V

где V — скорость протяжки носителя.

Магнитная лента не является единственным видом носителя ин­ формации, используемым в СМУ; здесь широко используются также барабаны специальной конструкции с нанесенным на них слоем магнитного покрытия. В реально выполняемых барабанах это по­ крытие содержит 80% Со и 20% Ni. Часто для покрытий применяют оксидные дисперсные порошковые носители вида а = Fe20 3, ко­ торые путем дополнительной термической обработки превращаются

вмагнитное соединение у — Fe20 3.

Вотличие от записи на магнитную ленту, выполняемую контакт­ ным способом (лента плотно прилегает во время движения к маг­ нитной головке), запись на барабан осуществляется бесконтактным методом, при котором между записывающей головкой и покрытием барабана остается воздушный зазор порядка 10—30 мкм. При вра­ щении барабана вокруг продольной оси в нем возникают паразит­ ные радиальные колебания; кроме того, неоднородность покрытия, неравномерность по толщине слоя порошка приводят к флуктуа­ циям зазора между поверхностью барабана и неподвижно закреп­

69