Анализатор спектра мощности

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4О8226

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 20.Х11.1971 (Л" 1726710/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 10.XII.1973. Бюллетень № 47

Дата опубликования описания 18.IV.1974,Ч. Кл. G 01г 23/00

Государственный комитет

Совета Министров ССР оо делам изооретеиий и открытий

УДК 681.325.36(088.8) Автор изобретения

А. А. Зыков

3 аявитель

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА МОЩНОСТИ

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть применено для вычисления оценки спектра мощности динамических процессов, например вибраций. Оно может быть использовано при исследовании объекто в в машиностроении, на железнодорожном транспорте, в моторостроении, авиации и т. п.

Известно устройство, предназначенное для измерения пикового напряжения и частоты электрических сигналов и основанное на принципе гетеродирования исследуемого сигнала с последующей частотой селекцией разностной частоты и определении величины его размаха и временного положения с помощью измерительного прибора.

Устройство состоит из подключенного местного гетеродина, соединенного с генератором качающейся частоты, выход местного гетеродина связан со входом смесителя, другой вход соединен с выходом источника входного сигнала, на вход которого и поступает электрический сигнал. Напряжения сигнала и гетеродина смешиваются для получения сигнала промежуточной частоты, которая выделяется с помощью усилителя промежуточной частоты (УПЧ). Выход УПЧ соединен с выпрямителем, сигнал с которого через пиковый детектор подается на измерительный прибор.

Известное устройство характеризуется большими погрешностями получаемых оценок и спектров реальных динамических процессов, являющихся смесью детерминированных . и

5 случайных составляющих, часто носящих нестационарный характер. Для стационарных сигналов оправдывают себя различные àïïàратурные реализации усреднения по времени.

На нестационарных участках динамических

10 процессах получают результаты, не имеющие ничего общего с фактическими воздействиями, Цель изобретения — повышение точности определения спектра мощности.

Для этого предлагаемый анализатор со15 держит дополнительный измерительный блок, линии задержки и сумматор, первый вход которого соединен с выходом первой линии задержки, вход которой соединен с выходом измерительного блока, второй вход сумматора

20 соединен с выходом дополнительного измерительного бока, первый вход которого подключен к выходу источника входного сигнала, а второй вход — к выходу второй линии задержки, вход которой соединен с выходом ге25 нератора пилообразного напряжения.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого гетеродинного анализатора спектра мощности динамических процессов.

Устройство состоит из двух асинхронно ра30 ботающих измерительных блоков 1 и 2, объ3

408226 измерительного (2) 10 оценок

20

35 единенных по входу источником 3 входного сигнала. Каждая из схем состойт из смесителя 4, тетеродина 5, узкополосного фильтра 6, квадратора 7, детектора 8, фильтра низкой частоты 9, линий задержки 10 (второй измерительный блок линии задержки 10 пе имеет). В блок-схему входит сумматор 11, который по входам объединяет оба измерительных блока. Гетеродины 4 обоих измерительных блоков управляются от генератора пилообразных напряжений 12, причем гетеродин второто измерительного блока соединен с генератором пилообразных напряжений 12 через линию задержки 10.

Устройство работает следующим образом.

КаЖ йм йзмерительным блоком производится последовательный анализ. Входной сигнал х (t) с источника 3 в смесителе 4 смешявается с сигналом гетеродина 5 и подается на узкополосный фильтр 6, настроенный на промежуточную частоту. Затем сигнал с фильтра .квадратируется с помощью квадратора 7, детектируется детектором 8, сглаживается фильтром 9. Сигнал с первого из.лерительного блока через линию задержки 10 подается на первый вход сумматора 11, а со второго— неносведетвенио на второй вход сумматора.

На выходе фильтра нижних частот каждого измерительного блока гетеродинного анализатора получают оценку текущего спектра исследуемого процесса т

5z((o, t) = (x,(t)e " dt, (1) о где Т вЂ” время усреднения:

x;(/) — исследуемая реализация процесса.

Если исследуемый процесс описывается случайной стационарной функцией, то оценки спектра, описывающие этот процесс, можно полу мть в любые произвольные моменты времени. При соответствующем Т они не будут отличаться.

Однако при нестационарности исследуемого нроцееса (а большинство реальных процессов имеют некоторую нестационарность) результать1 спектрального анализа зависят от того,- в какие моменты времени проводились вычисления характеристик. Для повышения точности вычисляемой .оценки спектра исследуемого процесса получают д ве асинхронные оценки текущего спектра, смещенные относительно одНа другой на 0,4 — 0,6 периода управляющего пилообразного напряжения.

Ь предлагаемом гетеродинном анализаторе для повышения точности получаемой оценки спектра используется синхронное суммирование откликов с двух измерительных селекционных систем, управляемь|х сдвинутыми по времени управляющими пилообразными напряжениями.

Синхронное суМмирование осуществляется путем введения линий задержки между выходом генератора пилообразного напряжения и

60 входом гетеродина второго блока.

Мера соответствия полученной аппаратурно оценки спектральной характеристики ф* (а, 1) истинной спектральной функции (о, t) может быть выражена в виде среднеквадратичной ошибки сводного результата вычислений, определяемой по формуле, ()g(„ t)) = Р()1

year

N — число независимых спектра; о(" (ж, t) ) — среднеквадратичная ошибка результата определения;

t7(S (а, t) ) — среднеквадратичная ошибка результата определения обычным гетеродинным анализатором.

Для данного случая N = 2 и, следовательно, среднеквадратичная погрешность определения спектра мощности по сравнению со среди K âàäðàòè÷íoé погрешностью прототипа будет а)," (ñî, /)) = " .—.0,76 (5 (а, t)l. (3) 2

При повышенной точности определения оценки спектра предлагаемый анализатор позволяет сохранить детальность спектральной характеристики исследуемого процесса и успешно решает задачи нахождения скрытых периодичностей, содержащихся в сложном сигнале.

Предмет изобретения

Лнализатор спектра мощности, содержащий генератор пилообразного напряжения, источник входного сигнала, выход которого соединен с первым входом измерительного блока, состоящего из цспо:ки последовательно соединенных смесителя, узкополосного фильтра, квадратора, детектора и фильтра низкой частоты, второй вход смесителя соединен с выходом гетеродина, вход .которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения спектра ,мощности, анализатор содержит дополнительный измерительный блок, линии задержки и сумматор, первый .вход которого соединен с выходом первой линии задержки, вход которой соединен с выходом измерительного блока, второй вход сумматора соединен с выходом дополнительного измерительного блока, первый вход которого подключен к выходу источника входного сигнала, а второй вход— к выходу .второй ли:ии . задержки, вход которой соедине; с выходом генератора пилообразного напряжения.

408226

Составитель Э. Сечина

Техред А. Камышникова

Корректор А. Степанова

Редактор Т. Иванова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 867/14 Изд. № 289 Тираж 755 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5