Цифровой анализатор спектра Советский патент 1986 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к электроизмерительной технике, и может найти применение в радиотехнике, акустике и технике связи. Целью изобретения является расширение полосы частот исследуемых сигналов без ухудшения точности анализа На фиг,1 приведена функциональная схема цифрового анализатора спектра; на фиг.2 - временные диаграммы, пояс няющие работу айализатора спектра. Устройство состоит из преобразова теля 1 напряжения в число импульсов цифроуправляемых делителей 2 и 3 час тоты, цифрового генератора 4 квадратурных гармонических колебаний, инди каторов 5 и 6, блоков памяти 7-9, реверсивных счетчиков 10 и 1i, блока 12 управления и.сумматора 13, т-разрядные выходы генератора 4 соединены с установочными га-разрядными входами цифроуправляемых делителей 2 и 3 час тоты, выходы которых соединены с информационными входами реверсивных счетчиков 10 и 11 соответственно, а частотные входы делителей соединены между собой и с выходом преобразователя 1 напряжения в число импульсов. Выходы счетчиков 10 и 11 соединены с входами блоков 7 и 8 памяти, выходы которых в свою очередь подключают ся к индикаторам 5 и 6 соответственно. Первый вход блока 12 управления соединен с входом преобразователя 1 напряжения в число импульсов, второй и третий входы - со знаковыми выходами генератора 4, а четвертый вход является синхронизирующим входом анализатора. Первый выход блока 12 управления соединен с объединенЬ1ми управляю1цими входами блоков 7 8 памяти, третьим входом блока 9 памяти и вторым входом сумматора 13, второй выход - с вторым входом блока 9 памяти, третий выход - с обнуляющими входами реверсивных счетчиков 10 и 11, а четвертый и пятый выходы - с входами управления направлением счета реверсивных счетчиков 10 и 11 соответственно. Выход блока 9 памяти через сумматор 13 соединен с первью входом блока 9 памяти и с адресным входом генер1атора 4. Третий вход сумматора 13 является управляющим входом анализатора. Работа устройства основана на реализации преобразования Фурье ана лизируемого сигнала средствами аналого-цифровой техники. Устройство работает следующим образом. Анализируемый сигнал S(t) преобразователем 1 преобразуется в пачки импульсов. Число импульсов в пачках пропорционально дискретным значениям исследуемого сигнала в последовательные моменты времени t;. Полученные выборки исследуемого сигнала S(t,-), представленные в виде числа импульсов, поступают на первые входы цифрруправляемых делителей 2 и 3 частоты. На установочные входы этих делителей от генератора 4 поступают коды отсчетов квадратурных гармонических колебаний в последовательные моменты времени sin KcDtj и cos Kcjt, (где К номер измеряемой гармоники). На выходе каждого цифро т1равляемого делителя образуются новые пачки импульсов, число импульсов в которых N(tj) и NjCt;) для каждого момента времени t,- с точностью до постоянного множителя равно произведению числа входных импульсов и входного кода: N,(t;) - S(t;) sin Kwt; ; 1 .(t,-) УГП- S(t;) cos Kwt;,. где m - число разрядов цифроуправляемого делителя частоты. Реверсивные счетчики 10 и 11, направление счета которых определяется блоком 12 управления в зависимости от знаков исследуемого сигнала и генерируемых опорных напряжений, осуществляют алгебраическое суммирование пачек импульсов с выходов делителей 2 и 3. Опорные напряжения, генерргруемые генератором 4, подаются на второй и третий входы блока управления, а на первый вход поступает исследуемый сигнал. Сигналы управления реверсивными счетчиками 10 и 11 снимаются соответственно с четвертого и пятого выходов блока управления. В конце периода исследуемого сигнала S(t) на выходах счетчиков формируются коды спектральных коэффициентов анализируемого сигнала. -2-„- 21S(t;) sinKwt;; а (t,) cos Kcot; После этого коротким импульсом блока управления, снимаемым с первого выхода, осуществляется запись содержимого счетчиков 10 и II в блоки 7 и 8 памяти. Этим же импульсом обну ляются блок 9 памяти и сумматор 13. После этого задержанным импульсом, снимаемым с третьего выхода блока управления, счетчики 10 и II обнуляются. Задержка необходима для того, чтобы до обнуления счетчиков информация с их выходов бьта переписана в блоки памяти. В то же время задержка не должна быть значительной, чтобы не внести погрешность в измерение спектральных коэффициентов. После обнуления счетчиков процесс определения спектральных коэффициентов повторяется. На четвертый вход блока 12 управления подается синхросигнал с частотой, равной частоте первой гармоники анализируемого сигнала. У большинства исследуемых объектов (например, в виброметрии) такой синхросигнал имеется. В противном случае его можно вьщелить из самого исследуемого сигнала известными методами, например с помощью управляемых фильтров. ; Формирование опорных колебаний ге нератором 4 происходит следующим образом. На адресный вход генератора 4 пос тупает код с выхода сумматора 13. На один вход этого сумматора поступает код с выхода блока 9 памяти, а на другой вход - код номера анализируемой гармоники. В блок 9 памяти записьшается код с выхода сумматора 13 при поступлении очередного тактового импульса с второго выхода блока управления. Таким образом, если исходные состояния блока 9 памяти и сумматора 13 нулевые, то выходной код сумматора последовательно возрастает от нулевого состояния до полного заполнения сумматора, причем шаг возрастания равен коду номера из меряемой гармоники. Генератор 4:квад ратурных колебаний представляет собой постоянное запоминающее устройст во (ПЗУ), на адресные входы которого поступает выходной код сумматора 13, а с выходов снимаются коды отсчетов квадратурных гармонических колебаний Номер отсчета задается адресным кодом (выходным кодом сумматора 13). Процесс формирования опорных синусоидальных колебаний 3-х кратных частот иллюстрируется временными диаграммами на фиг.2. Косинусоидальные колебания формируются аналогичным образом. По оси абсцисс отложены коды на адресных входах генератора 4. Из фиг.2 видно, что при формировании опорного -колебания самой низкой частоты (1-й гармоники) шаг адресного кода равен 1, при формировании 2-й гармоники равен 2, при формировании 3-й гармоники равен 3 и т.д. Под шагом адресного кода здесь понимается разность между номерами соседних отсчетов. Таким образом, шаг адресного кода совпадает с номером измеряемой гйрмоники. Благодаря этому обстоятельству возможно простое цифровое управление частотой опорных колебаний, обеспечивающее измерение гармоник определенных кратностей исследуемого сигнала. Для измерения К-й гармоники достаточно лип1ь на третий вход суьгматора 13 подать код числа К. В конце периода исследу емого сигнала, когда сформированы коды спектральных коэффициентов а и Ь,, блок 9 памяти и сумматор 13 обнуляются импульсом с первого выхода блока управления. В предлагаемом устройстве в отличие от известного число дискретных отсчетов на одном периоде опорного колебания при кратном изменении его частоты не остается постоянным, -а уменьшается пропорционально номеру измеряемой гармоники. Поэтому частота тактовых импульсов, снимаемых с второго выхода блока управления, не меняется при измерении гармоник различных кратностей, которое сопровождается формированием опорных колёбаНИИ с частотами тех же кратностей. Это обстоятельство позволяет увеличить чпсло отсчетов опорного колебания самой низкой частоты до максимального значения, возможного при заданном быстродействии элементной базы. Поскольку в этом случае число отсчетов достаточно велико, то методическая погрешность измерения 1-й гармоники мала. -При измерении всех последузо 1и1х гармоник методическая погрешность остается неизменной и равной погрегяпости измерения 1-й гармоники ,

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Целью изобретения является расширение полосы частот анализируемых сигналов без ухудшения точности анализа. Для этого в цифровой анализатор спектра дополнительно введен третий блок памяти. На чертеже показаны преобразователь 1 напряжения в число импульсов, дифроуправляемые делители 2 и 3 частоты, цифровой генератор 4 квадратурных гармонических колебаний, индикаторы 5 и 6, блоки памяти 7, 8 и 9, реверсивные счетчики 10 и II, блок 12 управления, сумматор 13. Введение блока 9 и показанное на чертеже соединение элементов позволило в пределах заданного быстродействия элементной базы увеличить точность анализа без уменьшения верхней грас ницы частотного диапазона, а также увеличить верхнюю границу частотного (Л диапазона а.нализируемых сигналов без ухудшения точности анализа. 2 ил. to lN3 ю