Василенко С.
И., Кудряшов М.Ю.
Цифровой измеритель детонации
звука при магнитном способе записи
(сокращенный
вариант)
Дается описание
цифрового измерителя эффекта
частотной модуляции сигнала, или
так называемой детонации [1],
возникающей, например, при
магнитном способе
записи-воспроизведения звуковой
или видеоинформации.
Рассматриваемый прибор,
разработанный в Московском
конструкторском бюро «Электрон» в
лаборатории алгоритмических
измерений, аппаратно состоит из
двух частей: аналого-цифрового
преобразователя (АЦП) и
персонального компьютера (ПК) типа
IBM PC. Программная часть включает
средство передачи информации в
реальном масштабе времени с АЦП в
расширенную память ПК,
спектральный анализатор на базе
быстрого преобразования Фурье
(БПФ), включающий предварительную
обработку сигнала, и
интеллектуальный компонент
распознавания и оценки значений
частот и коэффициентов детонации.
Для удобства работы оператора
создан пользовательский интерфейс
для Windows.
Cоздание новых средств измерений
в области измерительной техники,
основанных на применении цифровых
методов обработки информации,
является актуальной задачей в
условиях широкого распространения
цифровых и компьютерных
технологий.
Разработка полностью цифрового
измерителя детонации при магнитном
способе записи сигналов относится
к задачам подобного рода.
Основой цифрового измерителя
являются программа, которая
функционирует под управлением ОС
Windows 95 на базе персонального
компьютера IBM PC с тактовой частотой
не менее 50 МГц и объемом
оперативной памяти, превышающей
4 МБ, и подсистема ввода информации,
состоящая из 16-битного
аналого-цифрового преобразователя
с соответствующим программным
обеспечением.
Согласно ГОСТ 13699-74 детонация звука
определяется как паразитная
частотная модуляция (ЧМ) звука с
частотами, находящимися в
диапазоне 0,2—200 Гц. Причиной ЧМ
являются колебания скорости (КС)
носителя (периодические и
непериодические флуктуации
текущего значения скорости),
имеющие место в аппаратах
магнитной записи и воспроизведения
сигналов. Колебания скорости
оценивают коэффициентом КС —
отношение амплитуды флуктуаций
скорости к соответствующему
среднему значению скорости [1]. Так
как слух человека неодинаково
чувствителен к детонации разных
частот, детонацию оценивают
коэффициентом детонации, который в
отличие от КС отражает
субъективное восприятие указанной
ЧМ.
Прибор позволяет определять
частоты модуляции, коэффициенты КС
и детонации. Определение требуемых
параметров проводится в результате
анализа спектральной плотности
мощности (СПМ) исследуемого
сигнала.
Воспроизводимый сигнал колебания
скорости носителя магнитной записи
может быть представлен в форме:
где U0, w0 и j0 — соответственно амплитуда, частота и начальная фаза измеряемого сигнала;
— индексы модуляции;
— коэффициенты КС, Dv —амплитуды флуктуаций скорости,
v0 — средняя скорость; Dfi — девиации
частот; Wi —
частоты модуляции (частоты
колебаний скорости);
qi — начальные
фазы модулирующего сигнала.
Тогда СПМ сигнала (1) определяется как
S(f) = U(f) U*(f), где U(f) — преобразование Фурье от (1).
Проводится анализ СПМ и определение величин ki и Wi. На рис. 1 и 2 приведены результаты измерений и представлены графики СПМ сигнала со спектральными составляющими на частотах модуляции.
 Рис. 1 |
 Рис. 2 |
В процессе проведения измерений
на вход АЦП подается сигнал с
эталонной измерительной магнитной
ленты ЛИМ типа Д (ГОСТ 8309-77), модель
которого имеет вид (1).
Преобразованный сигнал через
программно-управляемые платы
устройств параллельного обмена и
прямого доступа к памяти вводится в
память ПК, после чего происходит
обработка и запись полученных
данных.
Такая организация считывания
информации позволяет непрерывно
(без пропусков) получать
оцифрованный сигнал большого
объема. Например, для достижения
требуемого разрешения при данном
методе спектрального анализа
требуется не менее 4 МБ непрерывно
считанной информации. Процедура
измерений реализована так, что
информация с ленты считывается
порциями объема 4 МБ.
Время обработки одной порции
информации и визуализации
результатов соизмеримо с чтением
следующей в реальном масштабе
времени. Таким образом, пока одна
порция информации считывается,
другая уже готова для отображения и
весь процесс измерений идет в
реальном масштабе времени.
Высокая скорость обработки сигнала
достигнута за счет предварительной
обработки каждой полученной порции
сигнала, состоящей в следующем:
1. Перенос спектра сигнала на
величину несущей частоты;
2. Низкочастотная фильтрация;
3. Децимация (прореживание) сигнала.
В результате на выходе объем
информации в каждой порции сигнала
сокращается на порядок, что в целом
существенно сокращает время
спектрального анализа и
сопутствующих вычислений.
Прибор снабжен современным
пользовательским интерфейсом,
который позволяет проводить тонкую
настройку измерителя как для
работы с АЦП, так и для обработки
полученных данных. Примеры окон
интерфейса измерителя приведены на
рис. 3 и 4.
 Рис. 3 |
 Рис. 4 |
Кроме того, обеспечивается
визуальное отображение
результатов измерений в
графическом и цифровом виде с
возможностью их архивирования.
Технические характеристики
прибора соответствуют требованиям,
предъявляемым к аналоговым
детонометрам, регламентированным
ГОСТ 11948-78 [5].
В приборе реализована настройка на
номинальное значение частоты
измерительного сигнала. При этом
допускается отклонение частоты
сигнала измерительной информации
от номинального значения до 10%.
Обеспечивается избирательное
измерение КС и детонации в
диапазоне частот от 0,1 Гц и выше.
Полный текст - в № 5 журнала "ТКТ" за 2000 год
