Устройство для измерения частоты первой гармоники квазипериодических сигналов Советский патент 1984 года по МПК G01L1/00 

СП

о

4;: Изобретение относится к автрматике и измерительной технике. Известны устройства вьщеления основного тона (первой гармоники квази периодических, в частности речевых сигналов), содержащие коммутируемые следящие фильтры. Недостатком известного устройства является большая сложность из-за зна чительного количества перестраиваемы (адаптивных) фильтров. Наиболее близким по технической сути к изобретению является устройст во для выделения первой гармоники ква.зипериодических, в частности рече вых, сигналов, содержащее последовательно соединенные N адаптивньк филь ров и блок управления, содержащий ум ножитель, усилитель, фильтр низкой частоты,а также N+1 детектор и логический блок, причем входы детекторов соединены с входами соответствующих адаптивных фильтров, выходы их через логический блок подключены ко втором входу блока управления, а выход блока управления соединен с дополнительнь ми входами адаптивных фильтров, причем соответствующий выход последнего ада тивного фильтра соединен с третьим входом блока управления, четвертый вход которого соединен со входом (N1 + 1)-го детектора. Однако для известного устройства характерны низкая точность и малое быстродействие, обусловленные ограни ченными возможностями аппаратной реализации адаптивных фильтров на цифро вых линиях задержки, выполняемых в виде сдвиговых регистров, когда для повьоиения точности необходимо увеличивать разрядность сдвиговых регистров до величин, резко снижающих быст родействие. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия Цель достигается за счет того, чтс в устройство для измерения часто ты первой гармоники квазипериодических сигналов, содержащее N +1 детекторов, логический блок и блок управления, первьй вход которого соединен с входом (N+1)-ro детектора, второй с входом устройства, третий - с выхо дом логического блока, первый выход является выходом устройства, а выходы детекторов соединены с соответствующими входами логического блока, введены интерполирующий фильтр и N последовательно соединенных фильт ров, синхронизирующие входы которых соединены с вторым выходом блока управления, а сигнальные входы соединены с входами соответствующих детекторов, сигнальный вход первого фильтра соединен с выходом интерполирующего фильтра, а выход N го фильтра - с первым входом блока управления, сигнальный вход интерполирующего фильтра соединен с входом устройства, а его синхронизирующий вход соединен с первым входом блока управления. На фиг.1 приведена структурная схема устройства; фиг.2 - поясняется работа интерполирующего фильтра; фиг.З - поясняется работа устройства в целом. Устройство (фиг.1) содержит входную щину 1, N+1 детекторов 2.1-2.N+1, каждый из которых имеет вход и выход, логический,блок. 3, имеющий N + 1 входов и выход, блок управления 4, имеющий три входа и два выхода, блок синхронизации 5, имеющий вход и выход, интерполирующий фильтр 6, имеющий сигнальный вход, синхронизирующий вход и выход,N фильтров 7.1-7.N, имеющих сигнальный вход, синхронизирующий вход и вьпсод. Сигнальный вход интерполирующего фильтра 6 подсоединен ко входу устройства, синхронизирующий вход интерполирзпощего фильтра - к выходу блока синхронизации 5. Фильтры 7.1-7.N соединены последовательно, сигнальный вход фильтра 7.1 соединен с выходом интерполирующего фильтра 6, выход фильтра 7.N - с первым входом блока управления 4. Синхронизирующие входы всех фильтров 7.1-7.N соединены с выходом блока синхронизации 5. Входы детекторов 2.1-2N соединены со входами соответствующих фильтров 7.1-7.N, вход детектора 2.N+1 - с выходом фильтра 7.N. Выходы всех N+1 детекторов соединены с соответствующими входами логического блока 3. Выход логического блока 3 соединен с третьим входом блока управления 4. Второй вход блока управления 4 соединен со входом устрд ства, первый выход блока управления 4 соединен с входом блока синхронизации, второй выход блока управления 4 - с выходом устройства. Устройство работает следующим образом. Фильтры 7.1-7.N вьтолняют операцию цифровой свертки входного сигна311ла с импульсными реакциями фильтров. Фильтры 7.1-7. являются неадаптивными, подавляющими частоты в некоторой области около частоты настройки, соот ветствующей минимуму модуля коэффициента передачи. Фильтры можно реализовать, . например, на базе цифровой линии задержки, представляющей собой сдвиговый регистр, и блока взвешенного суммирования, представляющего собой регистр и умножитель. Интерполирующий фильтр изменяет частоту дискретизации исследуемого сигнала x(t) . Изменение частоты дискретизации осуществляется путем интерполяции (восстановления) отсчетов исследуемого сигнала. Рассмотрим подробнее работу интерполирующего фильтра. На вход интерполирующего фильтра поступает исследуемый дискретизированный сигнал x{t) , получаемый из аналогового сигнала х, () , имеющего частотньй диапазон , путем предварительной дискретизации с частотой . :j.2fg). Из теории цифровой обработки сигналов известно, что спектр F., дискретизированного сигнала x(t) периодичен с частотой дискретизации д . Спектр Р;(а сигна ла Xc,{fc) показан на фиг.2а, спектр F)( сигнала х() - на фиг.26. Интерполирующий фильтр представляет собой фильтр нижних частот и имеет импульсную реакцию Ни (tl , дискретизированную с частотой f, кратной частоте д (должно выполняться соотношение Д -.целое число, выбираемое в зависимости от диапазона возможных значений частоты первой гармоники сигнала х (i), заданной погрешности работы устройства, и ширины области частоты настройки фильтра 7), Импульсная реакция h(i} имеет rhcj, отсчетов. Амплитудно-частотная характеристика F, интерполирующего фильтра (фиг.2в) имеет плоскую вершину в полосе частот, занимаемой сигналом x(t) , благодаря чему сигнал x{t) проходит через интерполирующий фильтр без искажения спектра. Интерполяция сигнала х (t| сводится к выполнению операции свертки сигнала x(t) и импульсной реакции Ьц (-t) интерполирующего фильтра. Свертка вьшолняется для отсчетов сигнала х({) и b((-t) в моменты времени, соответстствуюище пТ , где п.0,1, 2,...-, т - период дискретизации вы4ходного сигнала х (t), являющегося результатом интерполяции сигнала x(t). Частота дискретизации f ( fj 1/Т) сигнала х() должна быть кратной частоте .. , т.е. должно выполняться соотношение ,. где 1 - целое число (1 f т).Спектр Fi сигнала х (i) периодичен с частотой д ив диапазоне частот f(-fg совпадает со спектром аналогового сигнала Xg(t) (фиг.2г), т.е. сигнал x(fc) фактически является дискретизацией с частотой f сигнала x(t). Следовательно, интерполирующий фильтр способен восстановить отсчеты исследуемого сигнала с частотой дискретизации f , отличной от исходной частоты дискретизации f. Задание и изменение частоты f для работы интерполирующего фильтра осуществляется подачей соответствующих сигналов на его синхронизирующий вход. Интерполирующий фильтр можно построить на базе цифровой линии задержки и m блоков взвешенного суммирования, реализуемых с помощью регистра и умножителя. -Аналоговый квазипериодический сигнал X (i) (фиг.З-а) имеющий частотньй диапазон . , предварительно дискретизированный аналогоцифровым преобразователем с частотой дискретизации А(Д fg) поступает на вход устройства (фиг.36), т.е. на вход интерполирзтощего фильтра 6. Интерполирующий фильтр 6 по сигналам синхронизации, поступающим на его синхронизирующий вход от блока синхронизации 5, интерполирует (восстанавливает) отсчеты сигнала x(t) с частотой д (фиг.Зв). Спектры Fj сигнала x(-t) и Fj сигнала x(t) совпадают в полосе частот f - . исследуемого сигнала (фиг.Зг). Сигнал X (-t) фильтруется последовательно соединенными заграждаюнщми фильтрами 7.1-7N, импульсные реакции которых рассчитываются для. частоты дискретизации , а частоты на стройки выбраны таким образом, что F. вьшолняется соотношение где ,2,..., N . Суммарная амплитудно-частотная характеристика цепочки последовательно соединенных фильтров 7.1-7.N для частоты дискретизации f показана на фиг.Зд. Требуемая частота дискретизации д импульсных реакций фильтров задаетел блоком синхронизации 5, управляемым блоком управления . Филь7рация с-водится к выполнению операции свертки входного сигнала х() и импульсных характеристик фильтров в моменты времени, соответствутощие пТ , где п 0,1,2,..., а . Блок управления 4 по сигналу x(t) сигналу, получаемому на выходе фильтра 7.N, и по выходному сигдалу логического блока 3, поступающим на его входы, с помощью блока синхронизации 5 управляет изменением частоты дискретизации fj интерполирующего филь тра и фильтров 7.1-7.N, т.е. изменением масштаба частот АЧХ фильтров. При некотором значении д i-ая (i -1,2,...,N) гармоника сигнала х() Попадает в область частоты настройки 1-ГО фильтра 7.IN. В этом случае частота первой гармоники f , сигнала X U) (и, следовательно, частота перБОИ гармоники сигнала х(О) равна частоте настройки первого фильтра. Факт попадания i-ой (,2,... ,N) гармоники сигнала х (+) в область частоты настройки 1-го фильтра .определяется логическим блоком 3, исходя из уровней продетектированных сигналов x(t) и сигналов с выходов фильтров 7.1-7.N, которые в данном случае должны иметь минимум, так как гармоники сигнала, несущие основную его энергию, подавляются соответствующими фильтрами, (фиг.Зг и Зе). Найденное значение частоты первой гармоники f сигнала x(i) в виде цифрового кода вьдается на второй выход блока управления 4.. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным имеет большее быстродействие за счет исключения адаптивных фильтров и боГ1 ги11ичспил адсниинпыА фИЛЫ рОВ И ОО лее высокую точность работы за счет использования неадаптивных фильтров с переменной частотой дискретизации, ширина полосы заграждения которых изменяется пропорционально изменению частоты настройки фильтров.

) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПЕРВОЙ ГАРМОНИКИ КВАЗИПЕРИОДИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее N+1 детекторов, логический блок и блок уп- равления, первый вход которого соединен с входом (N+1)-ro детектора, второй - с входом устройства,, третий с выходом логического блока, первый выход является выходом устройства, а выходы детекторов соединены с соответствующими входами логического блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены интерполирующий фильтр и N последовательно соединенных фильтров, синхронизирующие входы которых соединены с вторым выходом блока управления, а сигнальные входы соединены с входами соответствующих детекторов, сигнальный вход первого фильтра соединен с выходом интерполирующего фильтра а выход N-го фильтра - с первым входом блока управления, сигнальный вход интерполирующего фильтра соединен с входом устройства, а его синхронизирукиций вход соединен с первым входом (Л блока управления.

ГЛ f Л.ГЛ n гл I I

фиг. 2 r п.гл /