Устройство для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, содержащих интергармоники и заданных цифровыми отсчетами
Полезная модель относится к области систем обработки информации и измерительной технике и может быть использована 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 полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения. Устройство содержит датчик анализируемого сигнала, к которому последовательно подключены первый программатор, первый вычислитель. Согласно полезной модели первый программатор соединен со вторым программатором и вторым вычислителем, который подключен ко второму программатору, причем первый вычислитель подключен к второму программатору, который связан с ЭВМ.
Полезная модель относится к области систем обработки информации и измерительной технике и может быть использована 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.
Известно устройство для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами [Патент РФ 2229140, МПК7 G01R 23/16, опубл. 20.05.2004], 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 определении начальной фазы составляющей сигнала, не учитывается угол поворота вектора мгновенной спектральной мощности, что ведет к неправильному определению фазы сигнала.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения.
Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами так же, как в прототипе, содержится датчик анализируемого сигнала, к которому последовательно подключены первый программатор, первый вычислитель.
Согласно полезной модели, первый программатор соединен со вторым программатором и вторым вычислителем, который подключен к второму программатору, причем первый вычислитель подключен к второму программатору, который связан с ЭВМ.
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), первый вычислитель 3 (В1) и второй программатор 4 (П2), связанный с дисплеем или ЭВМ (не показаны на фиг.1). Первый программатор 2 (П1) соединен со вторым программатором 4 (П2) и вторым вычислителем 5 (В2), который подключен к второму программатору 4 (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) и 4 (П2), вычислители 3 (В1) и 5 (В2) 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), в котором определяют значения мгновенной спектральной плотности S 1(
k), S2(k) и S(k) по формулам
с задаваемым шагом 
k и диапазоном 1, ..., n по частоте, начиная с минимального значения частоты. С выхода первого программатора 2 (П1) на вход первого вычислителя 3 (B1) последовательно поступают значения S(k), для заданных значений частот, в котором определяют амплитуды всех заданных частотных составляющих исходного сигнала по формуле
Одновременно, с выхода первого программатора 2 (П1) на вход второго вычислителя 5 (B2) поступают последовательно значения S1(k) и S2(k) для заданных значений частот, в котором определяют фазу сигнала по формуле
и уточняют по условию
если S 1(k)>0 и S2 (k)>0 
k=
k;
если S1 (k)<0 и S2 (k)>0 k=k+180;
если S 1(k)<0 и S2 (k)<0 k=k-180;
если S 1(k)>0 и S2 (k)<0 k=k.
Одновременно, с выхода первого программатора 2 (П1) на вход второго программатора 4 (П2) передают значение частоты k для определенных значений мгновенной спектральной плотности S1(k), S2(k) и S(k). С выходов первого 3 (В1) и второго 5 (В2) вычислителей на вход второго программатора 4 (П2) передают значения амплитуды Аmk и фазы k, после окончания расчетов амплитуды и фазы, в котором они ставятся в соответствие частоте k, переданной с первого программатора 2 (П1) и сохранятся. Так как время определения значений S 1(k), S2(k) и S(k) на порядок больше, чем время определения амплитуды Amk и фазы k, сразу после передачи значений S1(k), S2(k), S(k) и k в первом программаторе 2 (П1) производят определение указанных значений для следующей (большей) частоты. Операцию повторяют до тех пор, пока во второй программатор 4 (П2) не приходит значение частоты k=n. В этот момент второй программатор 4 (П2) производит отыскание экстремумов функции Am(f k) из условия Аm(k)
Аmy, все значения амплитуды Am k и фазы k, для рассматриваемой частоты k, не удовлетворяющие указанному условию, приравнивают к нулю. Таким образом, можно влиять на чувствительность определения параметров спектрального анализа. После окончания последней операции на выход программатора 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 первый программатор, первый вычислитель, отличающееся тем, что первый программатор соединен со вторым программатором и вторым вычислителем, который подключен ко второму программатору, причем первый вычислитель подключен к второму программатору, который связан с ЭВМ.
