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. Устройство содержит датчик анализируемого сигнала, который подключен к объекту исследования. К датчику анализируемого сигнала последовательно подключены дифференциатор, программатор определения площади вольтамперной характеристики, первый датчик опорного сигнала, при этом, к программатору определения площади вольтамперной характеристики последовательно подключены первый программатор, второй датчик опорного сигнала, программатор амплитудного значения по вольтамперной характеристике, второй программатор, который связан с дисплеем или ЭВМ, датчик опорного сигнала соединен с программатором амплитудного значения по вольтамперной характеристике, а первый программатор соединен со вторым программатором. 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 (СА) периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами [Патент РФ 2229725, МПК⁷ G01R 23/16, опубл. 12.11.2002], выбранное в качестве прототипа, содержащее датчик анализируемого сигнала, выход которого соединен с входом программатора площади вольтамперной характеристики, датчик опорного сигнала, один выход которого соединен с входом программатора площади вольтамперной характеристики, а второй - с входом блока памяти базы данных. Выход программатора площади вольтамперной характеристики и выход блока памяти базы данных соединены с входом делителя.

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 в устройстве для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, также как в прототипе, содержится датчик анализируемого сигнала.

Согласно изобретению, датчик анализируемого сигнала подключен к объекту, сигнал которого исследуется. К датчику анализируемого сигнала последовательно подключены дифференциатор, программатор определения площади вольтамперной характеристики, первый датчик опорного сигнала. При этом, к программатору определения площади вольтамперной характеристики последовательно подключены первый программатор, второй датчик опорного сигнала, программатор амплитудного значения по вольтамперной характеристике, второй программатор, который связан с дисплеем или ЭВМ. Датчик опорного сигнала соединен с программатором амплитудного значения по вольтамперной характеристике, а первый программатор соединен со вторым программатором.

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 исследования. К датчику анализируемого сигнала 1 (ДАС) последовательно подключены дифференциатор 2 (Д), программатор определения площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), первый датчик опорного сигнала 4 (ДОС1). При этом, к программатору определения площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ) последовательно подключены первый программатор 5 (П1), второй датчик опорного сигнала 6 (ДОС2), программатор амплитудного значения по вольтамперной характеристике 7 (АВАХ), второй программатор 8 (П2), который связан с дисплеем или ЭВМ (не показано на фиг.1.). Датчик опорного сигнала 1 (ДАС) соединен с программатором амплитудного значения по вольтамперной характеристике 7 (АВАХ), а первый программатор 5 (П1) соединен со вторым программатором 8 (П2).

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). Программатор площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), программатор амплитудного значения 7 (АВАХ), дифференциатор 2 (Д), первый и второй программаторы 5 (П2) и 8 (П2), первый и второй датчики опорного сигнала 4 (ДОС1) и 6 (ДОС2) 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 (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 программатора определения амплитудного значения по вольтамперной характеристике 2 (АВАХ) и дифференциатора 2 (Д). В дифференциаторе 2 (Д) для исходного сигнала (t_i) определяют производную

и передают на программатор площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), одновременно с первого датчика анализируемого сигнала 4 (ДОС1) для частот _00kn в Рад/с с заданным шагом А<0д формируют опорный сигнал

при этом принимают _0m=-180(_0m+_0m)180, длина массива N и шаг дискретизации t принимают равными соответствующим параметрам исходного сигнала (t_i), затем полученный опорный сигнал b ₀(t_i) подают на программатор площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), где определяют площадь вольтамперной характеристики для точек совместного решения

Выявляют максимальное значение площади вольтамперной характеристики при различных фазах mах[Q_BAXm (_0m)], максимальные значение площадей вольтамперной характеристики Q_BAXm при различных фазах и соответствующие значения частот _0m передают на первый программатор 5 (П1). В первом программаторе 5 (П1) выделяют частоты _0k при которых

Q_BAX (_0m)Q_BAXmax·k

где Q_BAXmax =max[Q_BAXm(_0m)] - максимальное значение площади вольтамперных характеристикам при различных частотах _0m, k - коэффициент фильтрации в процентах. Выделенные частоты _0k передают на второй датчик опорного сигнала 6 (ДОС2) и на второй программатор 8 (П2). Во втором датчике опорного сигнала 6 (ДОС2) для частот _0k определяют опорный сигнал b₀(t _i) для рассматриваемой частоты _0k

при этом принимают _0k=-180(_0k+₀)180, длину массива N и шаг дискретизации t принимают равными соответствующим параметрам исходного сигнала (t_i). Затем определяют площадь вольтамперной характеристики для точек совместного решения (b₀)

и определяют амплитуду

где - частота в Гц.

В программаторе определения амплитудного значения по вольтамперной характеристике 2 (АВАХ) выявляют максимальное значение амплитуды при различных фазах max[Am_k(_0k)], максимальное значение амплитуды Аm _k и соответствующее значение фазы _k=_0k передают на второй программатор 8 (П2), где их запоминают вместе со значением _k=_0k из первого программатора 5 (П1). После определения амплитуд А_mk и фаз _k для всех значений частоты _0k, на выход второго программатора 8 (П2) 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 исследования, к датчику анализируемого сигнала последовательно подключены дифференциатор, программатор определения площади вольт-амперной характеристики, первый датчик опорного сигнала, при этом к программатору определения площади вольт-амперной характеристики последовательно подключены первый программатор, второй датчик опорного сигнала, программатор амплитудного значения по вольт-амперной характеристике, второй программатор, который связан с дисплеем или ЭВМ, датчик опорного сигнала соединен с программатором амплитудного значения по вольт-амперной характеристике, а первый программатор соединен со вторым программатором.