Цифровой анализатор спектра Советский патент 1987 года по МПК G01R23/16 

to

Изобретение относится к электро- измерительной технике и может найти применение в области спектрального анализа электрических сигналов в радиотехнике, акустике и технике связи.

Цель изобретения - повьш1ение точности анализа.

На чертеже приведена функциональная схема цифрового анализатора спектра.

Устройство -СОСТОИТ из блока 1 управления, генератора 2 тактовых импульсов , цифроуправляемых делителей 3 и 4 частоты, цифрового генератора 5 квадратурных гармонимеских колебаний, индикаторов 6 и 7, блоков 8 и 9 памяти, реверсивных счетчиков 10 и 11, счетчика 12, цнфроаналогового преобразователя 13, компаратора 14, меряемой гармоники, о - частота ос- 14, логических схем И 15 и 6. Вы- новной гармоники анализируемого сигf5

соединен с объединенными вторыми входами схем И 15 и 16.

Блок 1 управления, применяемьш в предлагаемом устройстве, по конструкции и назначению полностью совпадает с блоком управления известного устройства.

Работа устройства основана на реализации преобразования Фурье анализируемого сигнала средствами аналого-цифровой техники.

Устройство работает следующим образом.

На установочные входы делителей 3 и 4 частоты поступают от генератора 5 коды отсчетов квадратурных гармонических колебаний в последовательные моменты воемени t

1

sin

sin Kcotj и cos Kcjt; (К - номер изходы генератора 5 соединены с установочными входами цифроуправляемых делителей 3 и 4 частоты, выходы которы через схемы И 15 и 16 соединяются с информационными входами реверсивных счетчиков 10 и 11 соответственно Объединенные частотные входы делителей 3 и 4 соединены с генератором 2 тактовых импульсов. Выходы счетчиков 10 и 11 соединены с входами блоков 8 и 9 памяти, выходы которых подключаются к индикаторам б и 7 соответственно. Первый вход блока 1 управления соединен с первым (информационным) входом анализатора в целом и с вторьм входом компаратора 14, второй и третий.входы блока 1 соединены со знаковьми выходами генератора 5, а четвертый вход блока I соединен с вторым (синхронизирующим) входом анализатора в целом. Первый выход блока 1 соединен с объединенными управляющими входами блоков 8 и 9 памяти и первым входом генератора 5, третий выход блока 1 соединен с обнуляющими входами реверсивных счетчиков i О и 11, а четвертый и пятый выходы блока 1 соединены с входами управления направлен- нием счета реверсивных счетчиков 10 , и 11 соответственно. Вход счетчика 2 соединен с вторым выходом блока 1 управления, а выход этого счетчика соединен с вторым входом генератора 5 и с последовательно включенными цифроаналоговым преобразователем 13 и компаратором 14. Выход последнего

o

меряемой гармоники, о - частота ос- новной гармоники анализируемого сиг5

соединен с объединенными вторыми входами схем И 15 и 16.

Блок 1 управления, применяемьш в предлагаемом устройстве, по конструкции и назначению полностью совпадает с блоком управления известного устройства.

Работа устройства основана на реализации преобразования Фурье анализируемого сигнала средствами аналого-цифровой техники.

Устройство работает следующим образом.

На установочные входы делителей 3 и 4 частоты поступают от генератора 5 коды отсчетов квадратурных гармонических колебаний в последовательные моменты воемени t

1

sin

sin Kcotj и cos Kcjt; (К - номер из5

нала). Коды указанных отсчетов формируются при поступлении кодов номе ров отсчетов на адресные входы ге- нератора 5 от счетчика 12. На другие входы делителей поступают импульсы высокой частоты от генератора 2 тактовых импульсов, На выходе каждого цифроуправляемого делителя образуются пакеты импульсов, число импульсов в которых N,(t) и ) для каждого дискретного момента времени t; с точностью до постоянного множителя равно произведению 5 числа входных импульсов L (t) и входного кода:

N, (tj ) |„ L(t; ) sin Kcot; ;

0

0

N, (t; ) -„ L(t;) cos Kut;,

() (2)

5

0

5

2 2

где n - число разрядов цифроуправляемого делителя частоты.

Если отсчеты гармонических колебаний следуют равномерно, т.е. с постоянным интервалом дискретизации, то можно L (t) рассматривать как некоторый постоянный масштабньй коэффициент, т.е. L (tj) L. Таким образом, осуществляется преобразование цифровой формы представления отсчетов гармонических колебаний в число-импульсную.Синхронизация опорных колебаний с анализируемым сигналом обеспечивается блоком 1 управления, на вход которого подается синхросигнал с частотой следования, равной частоте первой гармоники анализируемого сигнала. У большинства исследуемых объектов например, в виброметрии такой синхросигнал имеется . В. противном случае его можно выделить из анализируемого сигна- ла известными методами, например, с помощью управляемых фильтров. Основным узлом блока 1 управления является умножитель частоты, который предназначен, для компенсации понижения тактовой частоты, которое принци- пиально имеет место в любых типах цифровых генераторов функций в силу наличия в них адресного счетчика. В предлагаемом устройстве таким счетчиком является счетчик 12.

.Дальнейшаяобработка сигнала заключается в преобразовании выборок анализируемого сигнала во временной интервал с последующим заполнением его импульсами, число которых пропорционально отсчета1м гармонических колебаний.

Выходной код счетчика 12 приводит в действие цифроаналоговый преобразователь 13, формирующий на выходе пе- риодическое пилообразное напряжение. Это напряжение сравнивается в компараторе 4 с анализируемым сигналом в момент равенства закрьшаются схемы И, тем самым прекращая поступление импульсов с выходов делителей 3 и 4. Таким образом, числа импульсов на выходах схем И 15 и 16 для дискретных моментов времени tj с точностью до постоянного множителя равно произведениям

L

S(t;) sin Kot,.; |r S(t.) cos Ktjt;.,

где S (t ) - значение выборки анализируемого сигнала в момент времени t tj.

Реверсивные счетчики 10 и И, направление счета которых определяется блоком 1 управления в зависимости от знаков анализируемого сигнала и генерируемых опорных колебаний, осуществляют алгебраическое суммирование пакетов импульсов вида 3 и 4 с выходов схем И 15 и 16. Изменение знаков генерируемых колебаний отображается изменением логических сигналов на знаковых выходах генератора 5, которые соединены с вторым и третьим входами бло ка 1 управления. Знак анализируемого сигнала учитьшается в блоке управления , для этого входной сигнал подается на первый вход блока 1 управления. Сигналы управления реверсивными счетчиками 10 и 11 снимаются соответственно с четвертого и пятого выходов блока 1 управления,

В конце периода исследуемого сигнала S (t) на выходах счетчиков формируются коды, пропорциональные значениям спектральных коэффициентов анализируемого сигнала:

к --L

2« II S(t;) sin Kcot; ; L

(5) (6)

a - iri:S(t,-) cos Kcot;,

После этого коротким импульсом блока управления, снимаемым с выхода осуществляется запись содержимого счетчиков 10 и 11 в блоки 8 и 9 памяти. Этим же импульсом приводится в начальное состояние генератор 5. Затем задержанным импульсом, снимаемым с выхода 3 блока управления, счетчит ки 10 и П обнуляются. Задержка необходима для того, чтобы до обнуления счетчиков информация с их выходов была переписана в блоки памяти. В то же время задержка не должна быть значительной, чтобы не внести погрешность в измерение спектра. После обнуления счетчиков процесс измерения спектральных козффициен- тов повторяется.

25 30

35Ф. ормула изобретения

40

Цифровой анализатор спектра, содержащий блок управления, первый вход которого соединен с информационным входом анализатора, а четвертый - с вторым синхронизирующим входом анализатора, первый и второй цифроуправляемые делители частоты, первьй и второй реверсивные счетчи45 ки, первый и второй блоки памяти, первый и второй индикаторы и цифровой генератор квадратурных гармонических колебаний, первый и второй выходы которого связаны с первыми

50 входами первого и второго цифроуправ- ляемых делителей частоты, а выходы первого и второго реверсивных счетчиков связаны с входами первого и второго индикаторов через первый и

55 второй блоки памяти соответственно, вторые входы первого и второго блоков памяти связаны с первым входом генератора квадратурных гармонических колебаний и первым выходом блока управления, а третий и четвертый выходы цифрового генератора квадратурных гармонических колебаний соединены с вторым и третьим входами блока управления, третий .выход которого соединен с вторыми входами первого и второго реверсивных счетчиков, а четвертый и пятьй выходы ;. блока управления - с третьими входами первого и второго реверсивных счетчиков соответственно, о т л и чающийся тем, что, с целью повьшения точности, объединенные вторые входы первого и второго цифро- управляемых делителей частоты соединены с генератором тактовых импульсов, а блок управления вторым выхо

5

дом соединен со счетчиком, информационные выходы которого соединены с вторым входом цифрового генератора квадратурных гармонических колебаний:, и входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход компаратора соединен с информационным входом анализатора , причем вькод компаратора соединен с вторыми входами первой и второй логических: схем И, у которых вторые входы соединены с выходами соответствующих ци| роуправляемьгх . дели- . телей чатсоты , а выходы сое динены с первыми входами соответствующих реверсивных счет - чиков,

Изобретение относится к электроизмерительной технике, ri может быть использовано в области спектрального анализа электрических сигналов в радиотехнике, акустике и технике связи. Цель изобретения - повьшение точности анализа. Для достижения цели в схеме устройства налажены соответствующие новые связи. Устройство содержит блок 1 управления, генератор 2 тактовых ш пульсов,- цифро- зтравляемые делители 3, 4 частоты, цифровой генератор 5 квадратурных гармонических колебаний, индикаторы 6, 7 блоков 8, 9 памяти, реверсивные счетчики 10, П, счетчик 12, аналоговый преобразователь 13, ратор 14, логические схемы И 15,16. Работа устройства основана на реализации преобразований Фурье анализируемого сигнала средствами аналого-цифровой техники. 1 ил.