АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА МОЩНОСТИ Советский патент 1973 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть применено для вычисления оценки спектра мощности динамических продессогв, например вибраций. Оно может быть использовано при исследовании объекто Б 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 раз.маха 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, являюшихся смесью детерминированных . и

случайных составляюших, часто носящих нестационарный характер. Для стационарных сигналов оправдывают себя различные аппаратурные реализации усреднения по времени. На нестационарных участках динамических

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

Для этого предлагаемый 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 сум.матора

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 генератора пилообразного напряжения.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого гетеродинного анализатора спектра мощности динамических процессов. Устройство состоит из двух асинхронно работающих измерительных блоков 1 и 2, объединенных по входу источником 3 входного сигнала. Каждая из схем cocTOtfT т см есителя 4, гетеродина 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 второго измерительного блока соединен с генератором пилообразных напряжений 12 через линию задержки 10.

Устройство работает следующим образом.

КаЖДЗДм измерительным блоком производится последовательный анализ. Входной X (t) с источника 3 в смесителе 4 смеши1вается с сигналом гетеродина 5 и подается на узкополосный фильтр 6, настроенный на промежуточную частоту. Затем сигнал с фильтра .квадратйруется с помощью квадратора 7, детектируется детектором 8, сглаживается фильтро-м 9. Сигнал с первого измерительного блока через линию задержки 10 подается на первый вход сумматора 11, а со второго - нейоередетвен-н-о на второй вход сумматора.

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

5И,) .| ИОе- А

где Т - время усреднения:

Xi{i) - исследуемая реализация процесса.

Есл-и исследуемый процесс описывается случ-айной стационарной функцией, то оценки спектра,, оггисыазающие этот процесс, можно полу1гать в любые произвольные моменты времени. При соответствующем Т они не будут отличаться-.

Однако при нестационарности исследуемого процесса (а больщинство реальных процесеов и.меют некоторую нестационарность) результат спектрального анализа зависят от TO-FO,- в какие моменты времени проводились вычисления характеристик. Для повышения точности вычисляемой оценки спектра исследуейого процесса получают две асинхронные оценки текущего спектра, смещенные относительно одна другой на 0,4-0,6 периода управляющего пилообразного напряжения.

& предлагаемом гетеродинном анализаторе дл-я повышения точности получаемой оценки спектра используется синхронное суммирование откликов- с двух измерительных селекци0ННЫХ систем,, управляемых сдвинутыми по времени управляющими пилообразными напряжениями.

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

1ВХОДОМ гетеродина второго измерительного блока.

Мера соответствия полученной аппаратурно оценки спектральной характеристики ф (,() истинной спектральной функции -ф (ш, /) может быть выражена в виде средне-квадратичной ошибки сводного результата вычислений, определяемой по формуле

г I S (ш. {)

((u, /)- -t -

(2)

yN

N - число независимых

где

оценок спектра;

(«,0 -средйеквадратичная ошибка

результата определения; (оз, t) - среднеквадратичная ошибка результата определения обычным гетеродинным анализатоР Для данного случая Л 2 и, следовательно, среднеквадратичная погрешность определения спектра мощности по сравнению со среднеквадратичной погрешностью прототипа

будет

а 1 (со, /) 0,76 S (ш, )1. (3)

при павышенпой 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

Анализатор спектра мощности, содержащий генератор пилообразного напряжения, источник входного сигнала, выход которого соединен с первым входом измерительного блока, состоящего из цепочки 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 соединей 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 С 1гг1ала, а второй вход - к выходу второй линии задержки, вход которой соединен с выходом генератора пилообразного напряжения.