УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относиться к области обработки акустических сигналов и измерительной техники.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству измерения характеристик акустических сигналов является программно-аппаратный комплекс "Аист". Предназначен для: измерения и анализа сигналов звукового диапазона частот в токопроводящих коммуникациях, в том числе с применением адаптивного приема; измерения и анализ электромагнитного поля в диапазоне звуковых частот, в том числе с применением адаптивного приема; генерации акустического сигнала оценки защищенности линии от акустоэлектрических преобразований. Комплекс может работать в следующих режимах: анализатор спектра звукового диапазона частот; анализатор амплитудно-частотной характеристики в диапазоне звуковых частот; селективный вольтметр; многофункциональный генератор сигналов в звуковом диапазоне частот; адаптивный приемник и измеритель сигналов в звуковом диапазоне частот. Состав: анализатор сигналов с TFT-монитором и встроенным компьютером; комплект измерительных адаптеров-усилителей для подключения к различным видам токопроводящих коммуникаций; комплект измерительных антенн; экранированная акустическая система; источник питания для проверяемых устройств; измерительный микрофон, измерительный вибродатчик (акселерометр).
Недостатком данного устройства является его высокая цена, сложность проведения исследований при изучении характеристик акустических сигналов, отсутствие отображаемых характеристик как гистограмма распределения амплитуд сигнала, математическое ожидание, дисперсия сигнала, динамический диапазон, пик фактор сигнала. Отсутствие указанных вычисляемых характеристик приводит к необходимости их ручного вычисления, и как следствие, снижение оперативности проведения экспериментов.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого устройства заключается в упрощении методики проведения измерений и экспериментов при исследовании характеристик акустических сигналов.
Технический результат достигается тем, что устройство изготавливается в мобильном варианте с использованием микропроцессора и устройств отображения информации, работающее от портативного источника питания, выполняет измерения заданных характеристик акустических сигналов в зависимости от команд устройства управления.
На фиг.1 показана функциональная схема заявляемого устройства измерения характеристик акустических сигналов.
Функциональная схема по фиг.1 содержит устройство измерения характеристик акустических сигналов, включающее в себя усилитель 1, аналого-цифровой преобразователь 2, устройство отображения графической информации 3, микропроцессорный блок 4, блок вычисления числовых параметров 5, устройство отображения числовых параметров 6, блок выбора режима работы 7.
Описываемое устройство измерения характеристик акустических сигналов работает следующим образом. Входной сигнал поступает с микрофона на усилитель, с которого сигнал поступает в микропроцессорный блок и в блок вычисления числовых параметров. Микропроцессорный блок используя исходный сигнал вычисляет в зависимости от заданного режима работы гистограмму распределения амплитуд сигнала, либо амплитудный спектр. Блок вычисления числовых параметров определяет следующее характеристики: математическое ожидание, дисперсию сигнала, динамический диапазон, пик фактор сигнала. Режим работы блоков 4 и 5 задается при помощи переключателей, состоящих из трех групп. Первая группа переключателей выбирает режим работы микропроцессорного блока и устройства отображения графической информации, вторая - режим работы блока вычисления числовых параметров и устройства отображения числовых параметров. Третья группа переключателей выбирает размер буфера из следующего ряда значений - 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072.
Вычисление выбранных характеристик осуществляется на ограниченном интервале, размер которого выбирается соответствующей группой переключателей. В данном режиме устройство работает следующим образом. Сигнал после аналого-цифрового преобразователя накапливается в буфере, находящимся в оперативной памяти микропроцессорного блока или блока вычисления числовых характеристик. После накопления определенного количества отсчетов, заданного пользователем при помощи переключателей, выполняется вычисление заданных характеристик сигнала. После окончания вычисления данные из микропроцессорного блока поступают на устройство отображения графической информации, а данные с блока вычисления числовых параметров поступают на устройство отображения числовых параметров. Буфер освобождается и накапливает следующие N отсчетов, вычисляются необходимые характеристики, которые также выводятся на соответствующие устройства отображения. Отображенные данные на обоих устройствах сохраняются до появления новых данных. Таким образом, скорость обновления информации будет зависеть от размера заданного пользователем окна. Выбор из ряда значений размера
буфера 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072 означает скорость обновления информации 0,0625 с, 0,125 с, 0,25 с, 0.5 с, 1 с, 2 с, 4 с, 8 с, 16 с соответственно.
При выборе для блока вычисления числовых характеристик режима вычисления математического ожидания происходит вычисление на заданном интервале отсчетов следующей формуле:
где N - количество отсчетов,
k
x - отсчеты сигнала.
При выборе вычисляемой характеристики дисперсия сигнала вычисляется по формуле:
Динамический диапазон сигнала вычисляется как по формуле:
где Рmах - максимальное мошьность сигнала
Pmin - минимальная мошьность сигнала
Пик фактор сигнала - это отношение пикового уровня сигнала к его среднеквадратичному уровню, вычисляется по формуле:
k
где max(x) - максимальное значение амплитуды сигнала,
RMS - среднеквадратичная мощность сигнала.
Спектр сигнала вычисляется в микропроцессорном блоке при помощи преобразования Фурье по формуле:
где X(n) - спектр сигнала,
k
x - отсчеты сигнала,
N - количество отсчетов.
Устройство отображения графической информации выполняться с применением как монитора на электронно-лучевой трубке, так и жидкокристаллического монитора. В последнем случае устройство будет потреблять меньше электроэнергии и возможно более компактное исполнение. Устройство отображения числовых параметров может быть построено на семисегментных индикаторах.
Таким образом, применение двух различных устройств отображения повышает удобство использования прибора и упрощает его изготовление, так как при использовании одного монитора для отображения нескольких характеристик одновременно повышаются требования к производительности микропроцессора, что в свою очередь повышает стоимость устройства и его энергопотребление. Применение в качестве второго устройства отображения семисегментных индикаторов незначительно отражается на стоимости и энергопотреблении устройства.