eng
В продолжение цикла публикаций, посвященных виртуальным измерительным приборам на базе персонального компьютера и плат сбора данных, предлагаем вашему вниманию еще один класс виртуальных приборов для мониторинга и исследования характеристик физических величин — анализаторы спектра.
Как известно, стационарные представители этого класса измерительных приборов громоздки и имеют ограниченную область применения. В отличие от них виртуальный прибор можно успешно использовать для решения целого ряда задач при одном и том же составе входящих в него плат сбора данных. Как уже говорилось в предыдущей статье*, для этого достаточно лишь изменить программное обеспечение. Там же отмечалось, что на одном компьютере может быть реализовано несколько виртуальных приборов, а инициализация программного обеспечения, как это обычно делается в Windows, позволяет использовать необходимый прибор, в частности спектроанализатор. В сложных климатических условиях возможно применение портативного компьютера с ЖК-экраном в удобном для переноса износоустойчивом корпусе.
Рассмотрим два виртуальных спектроанализатора, реализованных на платах сбора данных ЗАО “Руднев—Шиляев”.
Спектроанализатор СА—01 представляет собой измерительную систему, состоящую из широкополосного приемника радиосигналов в диапазоне 10 кГц —2,5 ГГц, платы сбора данных типа ЛА-н24 (или другой в зависимости от назначения системы и необходимых ее параметров) и ПК. Без широкополосного приемника система обеспечивает получение автоспектров и частотных характеристик исследуемых сигналов в полосе частот до 25 МГц синхронно по двум каналам и автоспектр до 50 МГц по одному каналу при частотном разрешении 400 и 800 Гц, соответственно. Время обзора полосы пропускания системы – 12 мс. Такую измерительную систему можно использовать для мониторинга каналов радиосвязи систем безопасности, телефонных систем сотовой связи, а также в системах экологического контроля для обнаружения электромагних излучений. На рис.1 изображена лицевая панель анализатора СА—01. На ней расположены управляющие элементы, с помощью которых задаются режимы измерения и визуализации результатов.
Спектроанализатор СА—02, укомплектованный платами сбора данных ЛА-ФНЧ8, ЛА-УВХ4/8, ЛА-1,5, предназначен для цифровой обработки сигналов, исследования частотных характеристик физических систем и идентификации путей распространения энергии при виброакустических экспериментах. Прибор обеспечивает измерение авто- и взаимных спектрально-корреляционных характеристик сигналов по двум каналам в реальном масштабе времени, а также получение аналогичных характеристик путем обработки файлов данных. Предусмотрены режимы автоматической адаптации к измеряемым сигналам и настройка под ручным управлением, что позволяет максимально использовать динамический диапазон системы, а также режимы индивидуальной калибровки измерительных каналов от внешнего источника сигналов и установки чувствительности каналов, если она известна заранее. Стартовый модуль снабжен программным (свободным) запуском процесса обработки, запуском от внешнего и внутреннего источников сигналов со смещением по времени между каналами, запусками по уровню, положительному и отрицательному фронтам сигнала.
Спектроанализатор обеспечивает измерение следующих характеристик сигналов:
— автоспектры по каналам;
— автокорреляционные функции по каналам;
— функция частотной когерентности между каналами;
— комплексный взаимный спектр;
— комплексная функция взаимной корреляции;
— комплексная передаточная функция;
— когерентная мощность между каналами;
— некогерентная мощность между каналами ;
— отношение сигнал/шум.
Наличие в измерительной системе входных аналоговых фильтров восьмого порядка и набора перестраиваемых цифровых фильтров нижних частот (до 12-го порядка) обусловливает высокое качество и идентичность частотных характеристик каналов в полосе пропускания. Для фурье-анализа предусмотрен набор весовых функций (окон), тип которых может быть оперативно выбран пользователем в процессе проведения измерений. Благодаря линейному и экспоненциальному типу сглаживания, режиму “перекрытия” данных, а также возможности выбрать размер фурье-преобразования (100, 200, 400, 800, 1600 полос) обеспечивается требуемая точность измерения и удобная настройка системы на решение конкретной измерительной задачи.
Модуль, фаза, реальная и мнимая части перечисленных функций изображаются одновременно на двух экранах. Масштаб представления результатов по оси абсцисс может быть выбран пользователем в зависимости от изображаемой функции линейным в частотной и временной областях, а также октавным и в одну треть октавы в частотной. Масштаб по оси ординат также выбирается в зависимости от изображаемой функции. Выбор масштабов по осям и экранам – независимый. Каждый экран анализатора снабжен указателями (курсорами) для поиска и слежения за изображаемой информацией, указателем гармоник. Предусмотрена возможность синхронного перемещения курсоров, многократного увеличения изображаемых функций, а также смены режима представления результатов измерений – замена двух экранов одним с большим разрешением.
При выходе из программы установки на режимы обработки и изображения, использовавшиеся последними, автоматически сохраняются и будут восстановлены при следующем включении виртуального прибора.
В дополнение к перечисленным сервисным и техническим возможностям анализатора спектра (необходимый набор) предусмотрен режим корректировки, обеспечивающий измерение корректирующих частотных сквозных и межканальных характеристик системы. При необходимости этот режим позволяет измерять частотные корректирующие функции для всего измерительного тракта, включая и первичные приемники сигналов, подключенные к входам анализатора, аппроксимировать их степенным полиномом, записывать эти выражения в файл для сохранения, а главное — применять их непосредственно для коррекции результатов в последующих измерениях при работе с собранным измерительным трактом.
Результаты измерений могут быть записаны на жесткий диск в формате, подходящем для их вторичной обработки средствами приложений Windows 95 и 98, например Microsoft Excel.
На рис.2 показан внешний вид двухканального анализатора сигналов СА—02, где управляющие элементы объединены в поля по принадлежности к типу решаемой задачи, управления процессом измерения и изображения результатов, а также калибровки и адаптации системы к измеряемым сигналам. На рис.3 приведены режимы калибровки каналов анализатора.
Чтобы сравнить технические характеристики спектроанализатора СА—02 и стандартного анализатора сигналов, был проведен сопоставительный анализ работы этого виртуального прибора и стандартного двухканального анализатора сигналов т.3550 фирмы Brul & Kjer, базовый комплект которого состоит из анализатора сигналов т.2035, двух входных блоков т.3019, процессора обработки т.3157 и программного обеспечения для двухканального анализа т.7649. Полученные сравнительные характеристики этих приборов приведены в таблице.
ЗАО “Руднев-Шиляев”, Центр АЦП
Россия, 103030 Москва, 1-й Шемиловский пер., 16
Тел.:(095)288-3766, 973-1914.
Факс: (095) 978-6546.
E-mail: andrey@rudshel.ru
http://www.rudshel.ru
Рассмотрим два виртуальных спектроанализатора, реализованных на платах сбора данных ЗАО “Руднев—Шиляев”.
Спектроанализатор СА—01 представляет собой измерительную систему, состоящую из широкополосного приемника радиосигналов в диапазоне 10 кГц —2,5 ГГц, платы сбора данных типа ЛА-н24 (или другой в зависимости от назначения системы и необходимых ее параметров) и ПК. Без широкополосного приемника система обеспечивает получение автоспектров и частотных характеристик исследуемых сигналов в полосе частот до 25 МГц синхронно по двум каналам и автоспектр до 50 МГц по одному каналу при частотном разрешении 400 и 800 Гц, соответственно. Время обзора полосы пропускания системы – 12 мс. Такую измерительную систему можно использовать для мониторинга каналов радиосвязи систем безопасности, телефонных систем сотовой связи, а также в системах экологического контроля для обнаружения электромагних излучений. На рис.1 изображена лицевая панель анализатора СА—01. На ней расположены управляющие элементы, с помощью которых задаются режимы измерения и визуализации результатов.
Спектроанализатор СА—02, укомплектованный платами сбора данных ЛА-ФНЧ8, ЛА-УВХ4/8, ЛА-1,5, предназначен для цифровой обработки сигналов, исследования частотных характеристик физических систем и идентификации путей распространения энергии при виброакустических экспериментах. Прибор обеспечивает измерение авто- и взаимных спектрально-корреляционных характеристик сигналов по двум каналам в реальном масштабе времени, а также получение аналогичных характеристик путем обработки файлов данных. Предусмотрены режимы автоматической адаптации к измеряемым сигналам и настройка под ручным управлением, что позволяет максимально использовать динамический диапазон системы, а также режимы индивидуальной калибровки измерительных каналов от внешнего источника сигналов и установки чувствительности каналов, если она известна заранее. Стартовый модуль снабжен программным (свободным) запуском процесса обработки, запуском от внешнего и внутреннего источников сигналов со смещением по времени между каналами, запусками по уровню, положительному и отрицательному фронтам сигнала.
Спектроанализатор обеспечивает измерение следующих характеристик сигналов:
— автоспектры по каналам;
— автокорреляционные функции по каналам;
— функция частотной когерентности между каналами;
— комплексный взаимный спектр;
— комплексная функция взаимной корреляции;
— комплексная передаточная функция;
— когерентная мощность между каналами;
— некогерентная мощность между каналами ;
— отношение сигнал/шум.
Наличие в измерительной системе входных аналоговых фильтров восьмого порядка и набора перестраиваемых цифровых фильтров нижних частот (до 12-го порядка) обусловливает высокое качество и идентичность частотных характеристик каналов в полосе пропускания. Для фурье-анализа предусмотрен набор весовых функций (окон), тип которых может быть оперативно выбран пользователем в процессе проведения измерений. Благодаря линейному и экспоненциальному типу сглаживания, режиму “перекрытия” данных, а также возможности выбрать размер фурье-преобразования (100, 200, 400, 800, 1600 полос) обеспечивается требуемая точность измерения и удобная настройка системы на решение конкретной измерительной задачи.
Модуль, фаза, реальная и мнимая части перечисленных функций изображаются одновременно на двух экранах. Масштаб представления результатов по оси абсцисс может быть выбран пользователем в зависимости от изображаемой функции линейным в частотной и временной областях, а также октавным и в одну треть октавы в частотной. Масштаб по оси ординат также выбирается в зависимости от изображаемой функции. Выбор масштабов по осям и экранам – независимый. Каждый экран анализатора снабжен указателями (курсорами) для поиска и слежения за изображаемой информацией, указателем гармоник. Предусмотрена возможность синхронного перемещения курсоров, многократного увеличения изображаемых функций, а также смены режима представления результатов измерений – замена двух экранов одним с большим разрешением.
При выходе из программы установки на режимы обработки и изображения, использовавшиеся последними, автоматически сохраняются и будут восстановлены при следующем включении виртуального прибора.
В дополнение к перечисленным сервисным и техническим возможностям анализатора спектра (необходимый набор) предусмотрен режим корректировки, обеспечивающий измерение корректирующих частотных сквозных и межканальных характеристик системы. При необходимости этот режим позволяет измерять частотные корректирующие функции для всего измерительного тракта, включая и первичные приемники сигналов, подключенные к входам анализатора, аппроксимировать их степенным полиномом, записывать эти выражения в файл для сохранения, а главное — применять их непосредственно для коррекции результатов в последующих измерениях при работе с собранным измерительным трактом.
Результаты измерений могут быть записаны на жесткий диск в формате, подходящем для их вторичной обработки средствами приложений Windows 95 и 98, например Microsoft Excel.
На рис.2 показан внешний вид двухканального анализатора сигналов СА—02, где управляющие элементы объединены в поля по принадлежности к типу решаемой задачи, управления процессом измерения и изображения результатов, а также калибровки и адаптации системы к измеряемым сигналам. На рис.3 приведены режимы калибровки каналов анализатора.
Чтобы сравнить технические характеристики спектроанализатора СА—02 и стандартного анализатора сигналов, был проведен сопоставительный анализ работы этого виртуального прибора и стандартного двухканального анализатора сигналов т.3550 фирмы Brul & Kjer, базовый комплект которого состоит из анализатора сигналов т.2035, двух входных блоков т.3019, процессора обработки т.3157 и программного обеспечения для двухканального анализа т.7649. Полученные сравнительные характеристики этих приборов приведены в таблице.
ЗАО “Руднев-Шиляев”, Центр АЦП
Россия, 103030 Москва, 1-й Шемиловский пер., 16
Тел.:(095)288-3766, 973-1914.
Факс: (095) 978-6546.
E-mail: andrey@rudshel.ru
http://www.rudshel.ru
Отзывы читателей
