Устройство для измерения коэффициентов фурье Советский патент 1974 года по МПК G06G7/19 

Изобретеиие относится к анализаторам гармонических составляющих токов или напряжений в диапазоне от ультразвуковых до инфранизких частот и может быть использова«о для измерения четных и нечетных коэффициентов Фурье разложения в ряд по системе тригоно.метрических функций широкополосных электрических процессов, изменяющихся в значительном динамическом диапазоне. Известны устройства для определения коэффициентов .разложения электрических сигналов в ряд Фурье ло тригонометрическим функциям, содержащие блоки усреднения, вход каждого из которых соединен с перемножителем анализируемого сигнала на одно из квадратурных гармонических напряжений, соответствующих измеряемой спектральной компоненте, и генератор квадратурных гармонических напряжений. Однако отмечаются низкая точность измерений и узкие динамический и частотный диапазоны, что обусловлено сложностью построения диапазонного генератора стабильных и точных по амплитуде, частоте и фазе квадратурных гармонических колебаний и применением аналоговых перемножителей анализируемого сигнала на гармонические колебания. Цель изобретения - повыщение точности измерений, расщирение динамического и чатотного а,и адазоно,в. Это достигается тем. что устройство содержит генератор N ортогональных напряжений, 2N блоков весовых коэффициентов и два сумматора, причем выходы генератора ортогональных напряжений подключены к первым входам соответствующих перемножителей, вторые входы которых соединены с источником анализируемого сигнала, выход каждого перемножителя подключен к входам двух соответствующих блоков весовых коэффициентов, выходы блоков весовых коэффициентов соединены с соответствующими сумматорами, подключенными к блокам усреднения. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство содержит блоки усреднения / и 2. К блоку усреднения / подсоединен сумматор 5, а к блоку усреднения 2 - сумматор 4. К каждому из входов сумматора 3 подключены Л блоков весовых коэффициентов 5, а к 1входам cyMiMaTopa 4 - N блоков весовых коэффициентов 6. Блоки 5 и 6 соединены с Л перемножнтелями 7. К первым входам перемножителей подключен генератор N ортогональных напряжений 8, например, ортогональной системы Л прямоугольных импульсных напряжений единичной амшлитуды или Системы напряжений, изменяющихся по функциям Уолша. Вторые входы перемножителей соединены с источником анализируемого сигнала 9.

Устройство работает следующим образом.

При измерении коэффициентов Фурье, соот1ветст вующ«х п-той 1апектральной комлоненте, одновременно с началом анал.изируемого сигнала S(t), tG 0,Т включается генератор 8, последовательно п раз подряд вырабатывающий систему N ортогональных напряжений, например Л ортогональных прямоугольных импульсов единичной амллитуды. В перемножителях 7 каждое импульсное напряжение перемножается -с анализируемым сигналом. Так как амплитуды импуль-сных напряжений равны единице, умножение сводится к -простому коммутированию анализируемого сигнала на время, равное длительности импульса. В качестве перемножителей используют .ключевые устройства, имеющие щирокий частотный и динамический диапазоны. Результаты умножения суммируются в сумматоре 3 с весами, определяемыми блоками 5, а S сумматоре 4 - с весами, определяемыми блокам,и 6. В блоках 5 устанавливают веса, пропорциональные величинам п { a.. cos-y-rect t-iTlnN-TlnN,. в блоках € - пропорциональные в in - rect t-iTlnN-TInN . TInN

Величины Сг являются коэффициентами Фурье разложения одного периода колебания

2it/z ,т

cos г- В ряд по системе Л ортогональных импульсов иа отрезке, равном длительности одного периода этого колебания. Величины Pi - коэффициенты Фурье разложения в ряд ПО системе N ортогональных прямоугольных :им1пульсов ОДНОГО периода колеба. l-Knt

ния sin - на отрезке, равном одному периоду этого колебания. Как следует из формул (1) и (2), Oj и pi не зависят от номера измеряемой гармоники.

После усреднения в блоке 1 выходного напряжения сумматора 3 пние:

т

an - -jrj 5 (О cos dt

t-iTlnN-TinN

dt

TjnN

t-iT/nN-T/nN

didt. TinN

приближенно равное четному коэффициенту Фурье разложения сигнала .в ряд по системе тригонометрических функций.

Усредненное блоком 2 -напряжение сумматора 4 дает приближенное значение нечетного коэффициента Фурье:

й„ J S (О sin d/ -1 j S (02 p.-rect оо

t-iTltiN-TlnN.. ifvc/A .

)--,

t-iTlnN-TlnN

TInN

Необходимая точность измерений достигается использованием достаточного количества Л ортогональных напряжений, а отрезок их существования определяет номер измеряемых коэффициентов Фурье.

Отсутствие генератора стабильных и точных по амплитуде, частоте и фазе квадратурных гармонических колебаний, применение ключевых перемножителей повышает точность измерений, расширяет динамический и частотный диапазоны устройства.

Предмет изобретения

Устройство для измерения коэффициентов Фурье, содержащее Л перем«ожителей и два В случае применения генератора 8, выраатывающего напряжения, изменяющиеся по ункциям Уолша wal(f, t), i 1, 2, ... ,7V (t)s.(2i,, n г 2я/г/ -wal(2i, t)dt, J, COS „ -r. Ь„ « 5 (О wal (2f - 1, t) p/ dt. 2тс/гг , . , , j. Р.- т1sin wal (2г - 1, t) dt.

блока усреднения, отличающееся тем, что, с целью Повышения точности измерений и расширения динамического и частотного диапазонов, оно содержит генератор Л ортогональных напряжений, N блоков весовых коэффициентов и два сумматора, причем выходы генератора ортогональных напряжений подключены к первым входам соответствующих

перемножителей, вторые входы которых соединены с источником анализируемого сигнала, выход каждого перемножителя подключен ко входам двух соответствующих блоков весовых коэффициентов, выходы блоков весовых коэффициентов соединены с соответствующими сумматорами, подключенными к блокам усреднения.