Анализатор гармоник Советский патент 1987 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено, в частности, для измерения первых гармоник реакции объекта на моногармоническое сканирующее воз- действие в многоканальных системах виброиспытаний.

Цель изобретения - расширение частоты диапазона.

Цель достигается за счет исполь- зования в анализаторе неравномерной во времени дискретизации анализируемого процесса и его обработки с весами, равными + 1 .

На фиг. 1 приведена структурная схема; на фиг, 2 - временные диаграммы весовых функций.

Анализатор содержит аналого-цифровой преобразователь 1, коммутаторы 2 и 3 разрядности, блок 4 управ- ления коммутаторами, сумматоры-вы- читатели 5 и 6, блок 7 формирова- кия неравномерной во времени весовой функции, регистры 8 и 9 хранения, цифровые сглаживающие фильтры 10 и 11, квадраторы 12 и 13, сумматор 14 и блок 15 извлечения квадратного корня.

В состав одного квадратурного канала входят последовательно соединенные коммутатор 2 разрядности, сумматор-вычитатель 5, цифровой сглживающий фильтр 10 и квадратор 12.

В состав другого канала входят коммутатор 3, сумматор-вычитатель 6, фильтр 11 и квадратор 13.Вторые входы цифровых фильтров 10 и 11 подключены к своим выходам через регисры 8 и 9 хранения соответственно,

Выходы обоих квадраторов 12 и 13 подключены к входам сумматора 14, выход которого соединен с входом блока 15 извлечения квадратного кор ня.

Входы обоих коммутаторов 2 и 3 разрядности подключены к выходу аналого-цифрового преобразователя 1, второй вход которого соединен с вы- ходом блока 7 формирования неравномерной во времени весовой функции. Три других выхода этого блока подклчены соответственно к вторым входам су шаторов-вычитателей 5 и 6 и к вх ду блока 4 управления коммутаторами выходы которого связаны с управляющими входами обоих коммутаторов 2 и 3 разрядности.

5

0

5 0

.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в корректировке весовой функции с целью увеличения минимального интервала дискретизации анализируемого процесса. Корректировка весовой функции производится таким образом, чтобы достичь слияния двух соседних отсчетов весовой функции, образующих минимальный временной интервал.

Вид положительной полуволны весовой функции для количества простых чисел среди номеров устраняемых гармоник, равном трем, приведен на фиг.-2а. Временные интервалы весовой функции соответствуют значениям, определяемым выражением Т/2К- ,. и их линейным комбинациям, где Т - период повторения частоты воздействия, К; 3, 5, 7,... - простые числа.

Мин-имальный интервал дискретизации равен Т/210, что существенно ограничивает верхний предел диапазона анализируемых частот (фиг. 2а).

Вид откорректированной весовой функции приведен на фиг. 26, откуда видно, что минимальным становится интервал, равный Т/30, т.е. увеличился в семь раз, и соответственно увеличился диапазон анализируемых частот.

Поскольку сдвиг отсчетов весовой функции приводит к сдвигу нулевого значения амплитудно-частотной характеристики относительно одной из высших гармоник частоты, то для Компенсации внесенной погрешности вводится дополнительное звено, весовая функция которого показана на фиг. 2в,

Результирующая весовая функция (фиг. 2г) получена в результате операции свертки весовых функций (фиг. 16 и в).

Аналогог-цифровой преобразователь 1 предназначен для преобразования входного сигнала из аналоговой формы в цифровую с разрядностью (количеством двоичных р-азрядов) , равной К, в моменты времени, определяемые блоком 7, четвертый выход которого соединен с вторым входом преобразователя 1, а его выход соединен с первыми входами коммутаторов 2 и 3, предназначенньпс для умножения входных отсчетов либо на 1, либо на 2. Их принцип действия основан на коммутации отсчетов с выхода преобразователя 1 либо с раз3

рядностью, равной К (умножение на 1), либо с разрядностью, равной К+1 (умножение на 2 у, В последнем случае младший разряд отсчета представляется О.

Блок 7 предназначен для формирования последовательности импульсов временное положение которых соответствует временному положению отстов результирующей весовой функц фильтра гармоник (фиг.1г), а также импульсов управления знаком в сумм торах-вычитателях 5 и 6 и импульсо управления преобразователем 1.

Согласно своему функциональному назначению (алгебраическое суммирование отсчетов с коммутаторами раз 1рядности входных отсчетов в соотвевии со знаком, задаваемым блоком формирования весовых функций) сум- |Матор-вьгчитатель представляет собо накапливающий сумматор, управляемы по знаку операции.

Выходы сумматоров-вычитателей 5 и 6 соединены с первыми входами цифровых сглаживающих фильтров 10 и 11 соответственно. Данные фильтры представляют собой цифровые фильтры низких частот и предназначены для подавления шумовых составляющих в спектре реакции объекта виброиспытаний.

Коммутаторы 2 и 3 разрядности представляют собой двухвходовые мультиплексоры, которые пропускают на выход либо входной код без каких-либо изменений, либо этот же код, но сдвинутый на один разряд в сторону старших разрядов.

Анализатор работает следующим образом.

Входной сигнал преобразуется в преобразователе 1 в цифровую форму

в моменты времени, определяемые бло- 45 раторов подключены к сумматору, выком 7. Затем отсчеты входного сигнала поступают на коммутаторы 2 и 3 квадратурных каналов, где коммутируются либо с разрядностью К, либо с разрядностью К+1 в соответствии с команда- 50 ми блока 4. Далее в сумматорах-вычи- тателях 5 и 6 производится вьщеле- ние квадратурных составляющих первой гармоники частоты посредством алгебраического суммирования сигналов с 55 выхода коммутаторов, а знак суммирования определяется блоком 7, который формирует поступающ5гю на блок 4 последовательность импульсов, вреход которого подключен к блоку извле чения квадратного корня, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в него введены в каждый канал коммутатор разрядности, а также блок управ ления коммутаторами-И блок форми- рования неравномерной во времени весовой функции, два выхода которого подключены к сумматорам-вычитате- лям каждого канала, третий выход соединен с входом блока управления коммутаторами, а четвертый выход соединен с вторым входом аналого-циф

5

О

5 5

0

5

0

менное положение которых совпадает с временным положением отсчетов результатирующей весовой функции фильтра гармоник.

Весовые функции, а следовательно, и управляющие сигналы с блоков 4 и 7, в квадратурных каналах сдвинуты друг относительно друга во времени на Т/4. Далее сигнал очищается от шумовых составляющих в сглаживающих фильтрах 10 и 11 посредством суммирования выходных сигналов сумматоров-вычитателей 5 и 6, при этом текущие- , значения квадратурных составляющих хранятся в регистрах 8 и 9 соответственно. После окончания процесса вычисления квадратурных составляющих на данной частоте в квадраторах 12 и 13 полученные значения квадратурных составляющих возводятся в квадрат, их квадраты суммируются в сумматоре 14, а затем из этой суммы в блоке 15 извлекается квадратный корень. На этом процесс анализа по данной частоте заканчивается.

Таким образом, использование в анализаторе неравномерной во времени дискретизации анализируемого процесса позволяет существенно расширить диапазон анализируемых частот.

Формула изобретения

Анализатор гармоник, содержащий аналого-цифровой преобразователь и два квадратурных канала, каждый из которых состоит из последовательно соединенных сумматора-вычитателя, цифрового сглаживающего фильтра и квадратора, при этом второй вход цифрового сглаживающего фильтра в каждом канале соединен через регистр хранения с его входом, выходы квадход которого подключен к блоку извлечения квадратного корня, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, в него введены в каждый канал коммутатор разрядности, а также блок управ- ления коммутаторами-И блок форми- рования неравномерной во времени весовой функции, два выхода которого подключены к сумматорам-вычитате- лям каждого канала, третий выход соединен с входом блока управления коммутаторами, а четвертый выход соединен с вторым входом аналого-циф512918946

рового преобразователя, выход которо- вторым входам сумматоров-вычитате- го подключен к входам обоих коммута- лей, а вторые и третьи входы соеди- торов разрядности, при этом их вы- нены с соответствующими выходами ходы в каждом канале подключены к блока управления коммутаторами.

W

J5

+1

Ь

2

vT 2 2| vT Д 1

Редактор И.Дербак

Составитель А.Орлов

Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Колб

Заказ 227/43 Тираж 731 - Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

IS

2Ш

, .

.-,.,.J.

/ v л

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может служить для измерения первых гармоник реакции объекта на моногармоническое сканирующее воздействие в многоканальных системах виброиспытаний. Цель изобретения - расширение частотного диапазона. Анализатор содержит аналого-цифровой преобразователь 1, сумматоры вычискИ) лители 5 и 6, регистры 8 и 9 хранения, цифровые сглаживающие фильтры 10 и 11, квадраторы 12 и 13, сумматор 14 и блок 15 извлечения квадратного корня. В каждый канал анализатора введены коммутаторы 2 и 3 разрядности, а также блок 4 управления коммутаторами и блок 7 формирования неравномерной во времени весовой функции. Сущность предложения заключается в корректировке весовой функции с целью увеличения минимального интервала дискретизации анализируемого процесса. Корректировка весовой функции производится таким образом, чтобы достичь слияния двух соседних отсчетов весовой функции, образующих минимальный временной интервал, 2 ил. S (Л дыкод J