Способ измерения комплексных частотных характеристик колебательных систем Советский патент 1979 года по МПК G01H3/08 

(54) СПОСОБ ,ИЗМЕРЕНИЯ КОМШ1ЁКСНЫХ ttCTiDTaiMX ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬЙЫХ СЖСТЕМ системе 6 установлены входной и выходной датчики 8 и 9, выходы которых соединены со входами арифметического .устройства 10, выход которого подсоединен ко входу регистратора И. Вто рой вход схемы 7 совпадения соединен с. выходом источника 12 сигналов запуека анализатора. Выход схемы 7 со ападения соединен со входом запуск цифрового спектроанализатора 2. Предложенный способ заключается в следующем. Колебательную систему 6 возбуждаю устройством 5 возбуждения, возбуждение осуществляют широкополосным сигналом S виде периодической последовательности импульсов. Колебания в двух точках колебател ной системы принимают с помощью датчиков 8 и 9, а затем анализируют циф ровым анализатором спектров 2, приче цифровой анализатор спектра синхройи зируют с указанной периодической последовательностью импульсов. Перио дограммы, колебаний, полученные из вы борок конечной длительности, усрёдня ют, причем усреднение производят до йпрёделения модулей и фазы спектраль ных составляющих путем комплексного усреднения выборок. Длительность каждой выборки анализируемых колебаний выбирают в целое число раз бол ьшей периода следования импульсов воз буясдения.. . . Эффективность предложенного спосо ба объясняется следующи1м. Цифровой анализ спектра, осуществляющий дискретное преобразование Фурье, можно уподобить анализатору i параллельного действияс числом экви валентных фильтров, равным половине числа отсчетов в выборке анализируемого процесса, В результате такого анализа получается дискретная спектрограмма, обычно называемая периодограммой, отсчетные точки которой, Т.е. ча;стоты настройки эквивалентных фильтров, расположены равномерно на частотной оси с шаром :., ..i.., .;;;. где Af - шаг отсчетов по оси частот, fд- частота дискретизации анализируемых сигналов, N-число отсчетов вяборки сигнала, используемых при одном цикле анализа. Если на спектральный ангшиз подат йерй одическйй импульсный сигнал, обладающий дискретным спектром, составляющие которого расположены на частотах строго кратных Af то эти составляющие будут находиться точно на частотах настройки эквивалентных фильтров. Следовательно, при любой ширине полосы эквивалентных фильтров и любой их частотной характеристике, симметричной относительно частоты настройки этих фильтров,для .такого сигнала не возникнут частотные и фазовые искажения в процессе спектрального анализа. Форма огибающей спектра сигнала возбуждения не имеет значения, т.к. измеряемая частотная характеристика есть отношение спектров. Важно то, что положения составляющих спектра, возбуждающего сигнала на частотной оси и частоты настройки эквивалентных фильтров спектроанализатора совпадают благодаря синхронизации цифрового спектрального анализа и импульсного возбуждения. С помощью комплексного усреднения комплексных спектров достигнуто повышение помехозащищенности измерения, такое, усреднение комплексных спектров позволяет сузить полосу эквивалентного фильтра. Можно показать, что в результате комплексного усреднения М комплексннх спектров, полученных при синхронном возбуждении, результирующая полоса эквивалентного фильтра сужается в М раз. Однако, если анализируемые выборки не синх Ьонизированы, то усредняемые фазовые спектры выборок различны, и усреднение может не дать накопления полезного сигнала. Благодаря синхронизации сигнала возбуждения с началом выборки для спектрального аг ализа, спектры фаз и амплитуд полезногосигнала, измеренные спектроанализатором, постоянны. Поэтому комплексное усреднение спектров-позволяет повысить помехоустойчивость измерения за счет синхронного накопления. Перестановка операций усреднения и спектрального анализа позволяет значительно сократить время анализа, причем выигрыш во времени анализа тем больше, чем выше число осредняемых выборок. Предлагается выбирать период следования возбуждающих импульсов в целое число раз. К () меньше длительности выборки цифрового спектроанализатора. При этом составляющие спектра воз бужденйя будут расположены на частотной оси через К отсчетных. точек спектрального анализа. Это позволяет непосредственно во время измерения контролировать результирующее отношение сигнал/помеха путем сравнения отсчетов амплитуд на частотах, совпадающих с частотаШ составляющих спектра возбуждения, и отчетов амплитуд на соседних частотах, которые определяются только помехами. Таким образом предложенный способ позволяет повысить помехозащищенность измерения комплексных частотных характеристик как по отношейию к синусоидальным помехам, частоты которых не кратны частоте дискретизации, так и по отношению к помехам со сплоаным спектром. Одним из важных преимуществ предлагаемого способа является возможность использования в нем .однок анального цифрового спектроанализатора, что обусловлено стационарностью колебательной системы и детерминированным характером ее возбуждения, синхронизированного со спектральным анализом. При этом спектры сигналов с выходов датчиков могут быть определены в разное время с учетом имеющейся возможности контроля отношения сигнал/помеха. Формула изобретения 1. Способ измерения комплексных частотных характеристик колебательных систем, заключающийся в том, что возбуждают указанные системы широкополосным сигналом,исследуют анализатором спектры сигналов на входе и на выходе колебательной системы,например цифровым методом,с усреднением периодо грамм выборок конечной длительности, о тличающи йс я тем, что с целью повышения точности измерения ч увеличения динамического диапазона анализа, в. качестве широкополосного сигнала используют периодический импульсный сигнал и синхронизируют им анализатор спектра. 2.Способ по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем/ что, с целью повышения помехозащищенности измерений, усреднение производят до определения модулей спектральных составляющих путем комплексного усреднения выборок.: 3.Способ по П.1, о тли ч а ющ и и с я тем, что, с целью контроля отнсяпения си гнал/помех а, длительность выборки, анализируемых сигналов выбирают в целое число раз большей периода импульсного сигнала возбужде.ния. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент СШ № 3504531, кл- G 01 М 7/00/ 1970.

----р