Устройство для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами

Полезная модель относится к области систем обработки информации и измерительной технике и может быть использована для определения спектрального состава периодического многочастотного сигнала, представленных цифровыми отсчетами, при решении разнообразных задач передачи информации на расстоянии, контроля работоспособности электротехнических и электромеханических устройств. Задачей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения. Это реализуется за счет того, что в устройстве для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, содержится датчик анализируемого сигнала, который подключен к объекту исследования. К датчику анализируемого сигнала последовательно подключены дифференциатор исходного сигнала, первый программатор, второй программатор, вычислитель и блок памяти базы данных, который связан с дисплеем или ЭВМ, причем датчик анализируемого сигнала связан со вторым программатором, а первый программатор связан с блоком памяти базы данных. 1 ил.

Полезная модель относится к области систем обработки информации и измерительной технике и может быть использована для определения спектрального состава периодического многочастотного сигнала, представленного цифровыми отсчетами, при решении разнообразных задач передачи информации на расстоянии, контроля работоспособности электротехнических и электромеханических устройств.

Известно устройство спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами [Патент РФ 2229140, МПК⁷ G01R 23/16, опубл. 20.05.2004], выбранное в качестве прототипа, содержащее датчик анализируемого сигнала, выход которого соединен с входом программатора подсчета количества точек (_j·t_k), перемножения анализируемого сигнала и опорного, расчета S₁(_j) и S₂(_j), датчик синусоидального опорного сигнала, выход которого соединен с входом программатора вычисления точек (_j·t_k), датчик косинусоидального опорного сигнала, выход которого соединен с входом программатора вычисления точек (_j·t_k), выход программатора вычисления точек (_j·t_k) соединен с входом программатора подсчета количества точек (_j·t_k), перемножения анализируемого сигнала и опорного, расчета S₁(_j) и S₂(_j). Выход программатора подсчета количества точек (_j·t_k), перемножения анализируемого сигнала и опорного, расчета S₁(_j) и S₂(_j) соединен с входом вычислителя амплитудного значения и фазового угла выявленной спектральной составляющей.

Недостатком известного устройства является то, что у него не достаточная чувствительность при выявлении частотных составляющих с малыми амплитудами.

Задачей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения.

Это достигается тем, что устройство для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, также как в прототипе, содержит датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС).

Согласно полезной модели, датчик анализируемого сигнала подключен к объекту исследования. К датчику анализируемого сигнала последовательно подключены дифференциатор исходного сигнала, первый программатор, второй программатор, вычислитель и блок памяти базы данных, который связан с дисплеем или ЭВМ. Причем датчик анализируемого сигнала связан со вторым программатором, а первый программатор связан с блоком памяти базы данных.

Заявленное устройство для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, имеет существенные преимущества, поскольку повышает чувствительность выявления частотных составляющих с малыми амплитудами за счет того, что выявляют частоты по спектру производной исходного сигнала, так как известно, что чувствительность - способность выделить и определить параметры спектральной составляющей с малой амплитудой [Функциональный контроль и диагностика электротехнических систем и устройств по цифровым отсчетам мгновенных значений тока и напряжения / под редакцией Е.И Гольдштейна - Томск: Изд «Печатная мануфактура», 2003, с.89].

На фиг.1 приведена аппаратная схема устройства.

Заявленное устройство (фиг.1) содержит датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС), который подключен к объекту, сигнал которого исследуется. К датчику анализируемого сигнала 1 (ДАС) последовательно подключены дифференциатор исходного сигнала 2 (Д), первый программатор 3 (П1), второй программатор 4 (П2), вычислитель 5 (В) и блок памяти базы данных 6 (БД), который связан с дисплеем или ЭВМ (не показаны на фиг.1). Причем датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС) связан со вторым программатором 4 (П2), а первый программатор 3 (П1) связан с блоком памяти базы данных 6 (БД).

В качестве датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) может быть использован датчик тока - промышленный прибор КЭИ-0,1, или датчик напряжения - трансформатор напряжения (220/5 В). Дифференциатор исходного сигнала 2 (Д), первый и второй программаторы 3 (П1) и 4 (П2), вычислитель 5 (В) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Для временного хранения значений (блок памяти базы данных 6 (БД)) может быть использован блок внешней памяти данных AT25L256 (32 кбайта). Для работы пользователя может быть предусмотрена кнопочная клавиатура FT008, имеющая 8 кнопок.

С выхода датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) исходный сигнал (t_i) заданный отсчетами мгновенных значений в моменты времени

t₁, t₂ ,t_i,t_N;

t₂-t₁ =t₃-t₂=t_N-t_N-1==t;

где t - шаг дискретизации;

N - количество точек отсчета за время выборки сигнала t_N,

поступает на вход дифференциатора исходного сигнала 2 (Д) и второго программатора 4 (П2). В дифференциаторе 2 (Д) для исходного сигнала (t_i) определяют производную

и передают на первый программатор 3 (П1), где определяют значения мгновенной спектральной плотности производной сигнала для _1mn с заданным шагом (у частот

где - синусная и косинусная составляющая мгновенной спектральной плотности.

Выбирают максимальное значение

5 шах=тах 5(о), выбирают частоты со,, при которых

где k - коэффициент фильтрации в процентах.

После чего, задают последовательно частоты _k, начиная с минимальной, и передают из первого программатора 3 (П1) на второй программатор 4 (П2) и на блок памяти базы данных 6 (БД). Во втором программаторе 4 (П2) определяют мгновенную спектральную плотность S₁(_k), S₂(_k) и S(_k)

и передают определенные значения на вычислитель 5 (В). В вычислителе 5 (В) определяют амплитуду Аm_k и фазу _k

и передают на блок памяти базы данных 6 (БД). В блоке памяти базы данных 6 (БД) запоминают значения амплитуды Аm_k, фазы _k и частоты _k, полученной из первого программатора 3 (П1). После того, как указанные величины определены подают сигнал о готовности результатов спектрального анализа, о спектральном составе сигнала судят по значениям Аm_k, _k, _k и их либо передают на ЭВМ, либо выводят на дисплей.

Устройство для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, содержащее датчик анализируемого сигнала, отличающееся тем, что датчик анализируемого сигнала подключен к объекту, сигнал которого исследуется, к датчику анализируемого сигнала последовательно подключены дифференциатор исходного сигнала, первый программатор, второй программатор, вычислитель и блок памяти базы данных, который связан с дисплеем или ЭВМ, причем датчик анализируемого сигнала связан со вторым программатором, а первый программатор связан с блоком памяти базы данных.