Устройство для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, содержащих интергармоники и заданных цифровыми отсчетами

Изобретение относится к области систем обработки информации и измерительной технике и может быть использовано для определения спектрального состава периодического многочастотного сигнала, содержащего интергармоники и заданного цифровыми отсчетами, при решении разнообразных задач передачи информации на расстоянии, контроля работоспособности электротехнических и электромеханических устройств. Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения. Для исходного сигнала a(t _i), заданного отсчетами мгновенных значений для последовательности частот ₁, ₂,...,_j,...,_n определяют мгновенную спектральную плотность, затем определяют экстремумы характеристики распределения мгновенной спектральной мощности из условия - по частоте S(), по точкам экстремумов определяют частоты _j содержащиеся в исходном сигнале а(t_i), для найденных частот определяют амплитуду

.

Для определения фазы составляющих исходного сигнала, последовательно формируют опорный сигнал b₀ (t_j)=B_msin(₀t_j+₀) при частоте ₀=_k, строят вольтамперную характеристику а(b₀) для исходного сигнала a(t _i), многократно сдвигают по фазе, определяя площадь вольтамперной характеристики F_BAX(₀=-180°...+180°), фазу каждой частотной составляющей сигнала _k находят из условия F _BAX0, далее по полученным значениям Am_j , _j, _j судят о спектральном составе исходного сигнала a(t_i). 1 ил.

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

Известно устройство для 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 первого программатора, датчик синусоидального опорного сигнала, выход которого соединен с входом второго программатора, датчик косинусоидального опорного сигнала, выход которого соединен с входом второго программатора, выход второго программатора соединен с входом первого программатора. Выход первого программатора соединен с входом вычислителя амплитудного значения и фазового угла выявленной спектральной составляющей.

Недостатком известного устройства является то, что при наличии интергармонических в исходном сигнале фазы составляющей сигнала определяются с погрешностью.

Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения.

Поставленная задача решена за счет того, что устройство для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами так же, как в прототипе, содержит содержащее датчик анализируемого сигнала, к которому последовательно подключены программатор и вычислитель.

Согласно полезной модели, датчик анализируемого сигнала соединен с вторым программатором, первый программатор соединен с третьим программатором и датчиком опорного сигнала, который подключен ко второму программатору, который соединен с третьим программатором, который связан с ЭВМ, а вычислитель подключен к третьему программатору.

Заявленное устройство позволяет увеличить точность определения фазы сигнала и автоматизировать процесс выявления частотных составляющих с возможностью настройки его чувствительности.

На фиг.1 приведена аппаратная схема устройства, реализующего рассматриваемый способ спектрального анализа.

Заявленное устройство (фиг.1) содержит датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС), к которому последовательно подключены первый программатор 2 (П1), вычислитель 3 (В) и третий программатор 4 (П3), связанный с дисплеем или ЭВМ (не показаны на фиг.1). Также датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС) последовательно соединен с вторым программатором 6 (П2) и третьим программатором 4 (П3). Первый программатор 2 (П1) соединен с третьим программатором 4 (П3) и датчиком опорного сигнала 5 (ДОС), который соединен с вторым программатором 5 (П2).

В качестве датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) может быть использован датчик тока - промышленный прибор КЭИ-0,1, или датчик напряжения - трансформатор напряжения (220/5В). Программаторы 2 (П1), 4 (П3) и 5 (П2), вычислитель 3 (В) и датчик опорного сигнала (ДОС) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Для работы пользователя может быть предусмотрена кнопочная клавиатура FT008, имеющая 8 кнопок.

С выхода датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) исходный сигнал a(t_i) поступает на вход первого программатора 2 (П1) и второго программатора 5 (П2). В первом программаторе 2 (П1) определяют значения мгновенной спектральной плотности S₁(_k), S₂(_k) и S(_k) по формулам

;

;

,

с задаваемым шагом _k и диапазоном ₁,...,_n по частоте, для всех заданных частот. Затем выявляют экстремумы из условия , все амплитуды и фазы частотных составляющих, не удовлетворяющие этому условию, в дальнейших исследованиях не учитываются. Таким образом с выхода первого программатора 2 (П1) на входы третьего программатора 4 (П3) и датчика опорного сигнала 6 (ДОС) поступают последовательно значения частот _k, содержащиеся в исходном сигнале a(t_i), начиная с

минимальной. Сразу после поступления частоты составляющей сигнала _k в датчике опорного сигнала 6 (ДОС) начинают формироваться опорные сигналы b₀ (t_i) с частотой _k для различных фаз опорного сигнала ₀=-180°...+180°. Одновременно, с выхода первого программатора на вход вычислителя 3 (В) поступают последовательно значения мгновенной спектральной плотности S(_k) для определенных частот _k, где определяют амплитуды Am(_k) частотных составляющих _k по формуле

.

С датчика опорного сигнала (ДОС) сигналы b ₀(t_i) поступают на вход второго программатора 5 (П2) где строят вольтамперную характеристику a(b ₀), определяют значение ее площади F_BAX по формуле

,

полученные значения F_BAX (₀=var) запоминают, выбирают значение _k=₀ при котором F_BAX0 и передают на третий программатор 4 (П3). С выхода вычислителя 3 (В) значение Am_k передается на вход третьего программатора 4 (П3), где значения амплитуды Am _k и фазы _k ставятся в соответствие частоте _k и запоминаются. Данную операцию повторяют для всех значений определенных в первом программаторе значений частоты _k. После окончания последней операции на выход программатора 5 (П) подают сигнал о готовности результатов спектрального анализа и либо передают на ЭВМ, либо выводят на дисплей.

Устройство для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, содержащее датчик анализируемого сигнала, к которому последовательно подключены программатор и вычислитель, отличающееся тем, что датчик анализируемого сигнала соединен с вторым программатором, первый программатор соединен с третьим программатором и датчиком опорного сигнала, который подключен ко второму программатору, который соединен с третьим программатором, который связан с ЭВМ, а вычислитель подключен к третьему программатору.