Устройство для определения коэффициента фурье Советский патент 1978 года по МПК G06G7/19 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для анализа комплексных спектров периодических сигналов.

Известны устройства для онределения коэффпциентов Фурье электрических сигналов.

Одпо из известных устройств содержит генератор синусоидального и косииусопдальпого наиряжений с изменяемой частотой, перемножители и интеграторы 1.

Наиболее близким техническим ренгепием к данному изобретению является устройство для измерения коэффициентов Фурье, содержащее блоки усреднения, вы.ходы которых являются первым и вторым выходами устройства соответственно, две группы блоков умножения, первые входы каждого из которых соединены с выходами генератора ортогональных сигналов, выходы всех блоков умножения первой группы через соответствующие блоки задания коэффициентов соединены со входами нервого сумматора, а выходы всех блоков умножения второй группы через соответетвующие блоки задания коэффициентов - со входами второго сумматора, и блок унравлеПИЯ, вход которого подключен к выходу источника анализируемого сигнала, а выход - ко входу генератора ортогональных еигиалов 2.

Недоетатком известных устройств является то, что они позволяют изменять лишь коэф2

фицненты Фурье апалнзнруемого сигнала S(t), t О, Г, в то время как значительный нрактический интерес представляют его ам1 литудиый и фазомый спектры.

Целью изобретения являетея расшнренне фупкцнопальпых возможпостей устройства для определения коэффициентов Фурье.

Поставлепная цель дост 1гается тем, что уетройство для определения коэфф |цне11тов Фурье содержит управляемые двухпозиционпые переключателн и последовательно соединенные дополнительный сумматор н полосовой фильтр, выход которого является третьим выходом устройства, первые контакты первого и второго двухнозпционных нереключателей подключены к выходу источннка анализируемого сигнала, вторые контакты нодключеиы соответетве)1мо к выходам иервого и второго блоков усреднеиия, а переключающие контакты соедииеиы соответственно со вторыми входамн блоков умножения обеих грунп, первые контакты третьего н четвертого двухиознционных нереключателей подключены ко входам донолннтельного сумматора, вторые контакты соединены еоответетвеппо со входами первого и второго блоков усреднения, а переключающие контакты т)етьего и четвертого двухпозиционных переключателей подключены соответственно к выходам первого н второго сумматоров, управляющие входы всех двухиозицноплых переключателей подключены ко второму выходу блока управления. На чертеже представлена структурная схема устройства для определения коэффициентов Фурье, выполненная согласно данному изобретению. Устройство содержит блоки усреднения 1 и 2, выходы которых являются соответственио первым и вторым выходами устройства. Ко входам блоков усреднения подключены нервые контакты уиравляемых двухиозиционных переключателей 3 и 4, переключающие контакты которых соединены с сумматорами 5 и 6. Входы сумматоров через блоки задания коэффнциентов 7 н 8 связаны с соответствующими группами блоков умножения 9 и 10. Первые входы блоков умножеиия соединены с выходами генератора ортогональных сигналов И, а вторые входы каждой грунны объедннены н связаны соответственно с переключающими контактами унравляемых двухнозинионных нереключателей 12 и 13. Первые контакты этих иереключателей подключены к выходу нсточннка анализируемого сигиала 14, вторые контакты - соответствеино к выходам блоков усреднения 1 и 2. Вторые контакты переключателей 3 и 4 соединены со входами сумматора 15, к выходу которого подключен полосовой фильтр 16. Унравляющне входы всех переключателей связаны со вторыл1 выходом блока уиравлеиия 17, первый выход которого подключен ко входу генератора ортогональных сигналов 11, а вход - к источнику анализируемого сигнала 14. Работа устройства происходит следующим образом. При измереннн коэффнциентов Фурье, соответствующих я-ому спектральному компоненту, одновременно с началом анализируемого сигнала S(t), t О, 7 включается генератор 11, последовательно п раз подряд вырабатывающнй Л ортогональных нрямоугольных имнульсов еднннчной амнлнтуды. В блоках 9, 10 каждое импульсное нанряжеиие перемножается с анализируемым сигналом. Так как амплитуда имиульсных напряжений равны единице, умножение сводится к простому коммутироваиию анализируемого сигиала на время, равное длительиостн импульса. В качестве блоков умножеиия используют ключевые устройства, имеющие щирокий частотный и дииамнческий дианазон. Результаты умножеиия суммируются в сумматоре 5 с весами, определяемыми блоками 7, а в сумматоре 6 - весами, оиределяемыми блоками 8. В блоках 7 устанавливают веса, иронорцнональные велнчинам п f . .. «/я rect X , TInNI a в блоках 8 - иронорциональные величинам P,, ::. fl Sin rect X x()di , TInNI Величины Uj являются коэффнциентамн Фурье разложения одного периода колебания 2Mt., cos в ряд по системе N ортогональных имнульсов на отрезке, равном длительности одного нериода этого колебания. Величины Рг - коэффициенты Фурье разложения в ряд по системе N ортогональных нрямоугольных имнульсов одного периода коле , 2r.nt бания sin на отрезке, равном одному нериоду этого колебания. Как следует из формул (1) и (2), аг и ipi не зависят от номера измеряемой гармоники. После усреднения в блоке 1 выходного напряжения сумматора 5 нолучают напряжение тт 1 Г о / лZ-nnt ,,1 г о /А а. : - S(t) cosdt - 5 (/) X Т Т7- .1 оо , f у 5(/) rect (. у J VTjnN) приближенно равное четному коэффициенту Фурье разложения сигнала в ряд по системе тригонометрических функций. Усредненное блоком 2 ианряжение сумматора 6 дает ириближениое значение нечетного коэффициента Фурье: t.1 Г о /j 2л/г ,, &л Y 1 ()()PirectX t-iTlnN-TlnN,, 1 xi )(,},,nx j at - TjnNJ По истечении времени Г, когда напряжения на выходах блоков усреднения иропорциональны коэффициентам Фурье ип, и Ьп, по команде, вырабатываемой блоком управления 17, на время т происходит переключение двухозиционных иереключателей 3, 4, 12, 13, при том блоки усреднения иереводятся в режим аноминания, выход блока 1 соединяется со вторымн входами груииы умножителей 10, выход блока 2 - со вторыми входами груииы уможителей 9, выходы сумматоров 5 и 6 подлючаются к дополпительиому сумматору 15. Кроме того, в момеит времени ио комаяде, вырабатываемой блоком управления 17, генератор 11 переводится в режим, при котором обеспечивается не менее чем одиократное за время т генерирование системы ортогональных напряжений. Если ирименен генератор 11 ортогональных прямоугольных импульсов единичной амплитзды, для выходиые напряжения сумматоров 5 и 6 соответствепно равны: /,- и V . f t - ir. L/., ,a,rect( , 2nw , -b,cos(, t- i- IniN - / mN ,rect( ;а„51Пm, 2, 3, ...; прн обеспечивается однократное за время т генерирование системы ортогональных прямоугольных импульсов. Выходное напряжение Ls дополнительного сумматора 15 равно и f/S5 + Ur.6, а напряжения на выходе полосового фильтра 2 i Г /2дт , .J. Ь„ вых К Ля + Ь„ sm t -}- arctg- Лп sin Следовательно, амплитуда выходного напряжения полосового фильтра пропорциональна модулю АП п-то спектрального компонента, а сдвиг фазы относительно одного из входных напряжений дополнительного сумматора равен начальной фазе фп п-то спектрального колгаонента. Аналогичные результаты дает применение в качестве генератора И генератора ортогональных напряжений, изменяющихся по функциям Уолша нлн Хаара. Изобретение расширяет функциональные возможности известного устройства, так как обеспечивает, кроме определения коэффициента Фурье, измерение амплитудного и фазового спектра анализируемого сигнала. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 6 Формула изобретения Устройство для определения коэффициентов Фурье, содержащее блоки усреднения, выходы которых являются первым и вторым выходами устройства соответственно, две группы блоков умножения, первые входы каждого из которых соединены с выходами генератора ортогональных сигналов, выходы всех блоков умножения первой группы через соответствующие блоки задания коэффициентов соединены со входами первого сумматора, а выходы всех блоков умнол ения второй группы через соответствующие блоки задания коэффициентов - со входами второго сумматора, и блок управления, вход которого подключен к выходу источника анализируемого сигнала, а выход - ко входу генератора ортогональных сигналов, отличающееся тем, что, с целью расщирення функциональных возможностей, оно содернсит управляемые двухпозиционные переключатели и последовательно соединенные дополнительный сумматор и полосовой фильтр, выход которого является третьим выходом устройства, иервые контакты первого и второго двухпозиционных переключателей подключены к выходу источника анализируемого сигнала, вторые контакты подключены соответственно к выходам первого и второго блоков усреднения, а переключающие контакты соединены соответственно со вторыми входами блоков умножения обеих групп, первые контакты третьего и четвертого двухпозиционных переключателей подключены ко входам дополнительного сумматора, вторые контакты соединены соответственно со входами первого и второго блоков усреднения, а переключающие контакты третьего и четвертого двухпозиционных переключателей подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, управляющие входы всех двухпозиционных переключателей подключены ко второму выходу блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Харкевич А. А. Спектры и анализ. М., Физматгиз, 1962, с. 111. 2.Авторское свидетельство СССР № 446073, кл. G 06 G 7/19, 1974.

12

I