Основы метрологического обеспечения. Краткий исторический обзор развития метрологии. Нормативные документы, регламентирующие метрологическое обеспечение, страница 27

Большинство анализаторов спектра обозначаются индексом С4.

По метрологическим характеристикам анализаторы спектра классифицируются в зависимости от:

- статической разрешающей способности, то есть способности анализатора различать гармонические составляющие спектра с близкими частотами, при условии, что параметр времени измерения не имеет значения;

- динамической разрешающей способности, когда время анализа мало;

- времени анализа;

- погрешности измерения частоты и амплитуды.

Рассмотрим аналоговые методы спектрального анализа.

11.2. Аналоговые методы спектрального анализа

При параллельном (одновременном) анализе спектров сигналов применяется набор фильтров в виде резонансных устройств, настроенных на различные частоты. Функциональная схема аналогового параллельного анализатора спектра представлена на рис. 11.1.

Из рис. 11.1 следует, что исследуемый сигнал u(t)  подается одновременно на все фильтры. Напряжения на выходе фильтров определяется составляющими спектра анализируемого процесса. Далее спектральные составляющие, после детектирования в детекторах, поступают на входы регистрирующих устройств.

Рис. 11.1 Обобщенная функциональная схема аналогового анализатора параллельного типа

Чем уже полоса пропускания резонансного фильтра, тем выше статическая разрешающая способность анализатора спектра    

Достоинством параллельного анализатора спектра является его малое время анализа. Скорость параллельного анализа можно вычислить по формуле

,                 

где  - полоса пропускания каждого п – ого фильтра;

 - время наблюдения.

Недостатком метода параллельного анализатора спектра является сложность технической реализации.

Наибольшее распространение находят аналоговые методы последовательного анализа спектра, функциональная схема примера технической реализации одного из которых приведена на рис. 11.2

Рис. 11.2 Функциональная схема аналогового анализатора спектра последовательного типа

Как следует из рис. 11.2, супергетеродинный приемник служит для последовательного во времени выделения анализируемых гармонических составляющих спектра входного сигнала u(t). Настройку этого приемника на разные частоты производят с помощью сигнала, поступающего с выхода генератора качающейся частоты, который, в свою очередь, запускается от генератора развертки.

Индикаторным устройством является электронно-лучевая трубка, на экране которой можно наблюдать видеоимпульсы выходного сигнала квадратичного детектора (рис. 11.3) при условии, что разность частот соседних составляющих спектра много больше полосы пропускания усилителя промежуточной частоты.

Рис. 11.3. Осциллограммы напряжений аналогового анализатора последовательного типа

Для установления значения частоты полученных на рис. 11.3 видеоимпульсов используют специальные генераторы меток (например, генераторы частотно-модулированного сигнала).

Время последовательного анализа спектра определяется с помощью формулы

,                            

где  А – коэффициент, определяемый схемой усилителя промежуточной частоты;

Δf_ГКЧ ≈ f_MAX – f_MIN – допустимый диапазон изменения частоты генератора качающейся частоты;

 - статическая разрешающая способность последовательного анализатора, обычно 1 кГц.

Для повышения разрешающей способности (уменьшения Δf_P) применяют схемы супергетеродинного приемника с двойным или тройным преобразованием частоты.

11.3. Цифровой анализ спектра

Цифровой метод анализа спектра состоит в преобразовании исследуемого сигнала в цифровой код и вычислении составляющих спектра с помощью специализированных микропроцессоров, алгоритм работы которых основан на дискретном или быстром преобразовании Фурье.

Алгоритм дискретного преобразования Фурье имеет вид:

,             где С_п – комплексные гармонические составляющие спектра;

 - необходимое в соответствие с теоремой Котельникова число отсчетов за интервал наблюдения Т_И;

n = 0, 1, 2, … ,  - номер спектральной составляющей.