Анализатор спектра Советский патент 1980 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и может найти применение в спектраль ном анализе электрических сигналов широкого диапазона частот, в частности при вибрационной диагностике механического оборудования. Известны анализаторы спектра, содержащие генератор функций Уолша, умножитель частоты, управляемые ключи, сумматоры и интеграторы 1, Однако точность анализа их недос точна, особенно при фазовых измерениях . Цель изобретения - повышение точности анализа. Эта цель достигается за счет тог что анализатор спектра, содержащий соединенные с выходами источника ис следуемого сигнала усилитель и умно тель частоты, выход которого соединен с первым входом генератора функ ций Уолша, два канала одинаковой структуры, каждый из которых содержит п управляющих ключей, первые входы которых соединены с выходами генератора функций Уолша, вторые и третьи входы ключей противоположных каналов объединены и подключены к двум выходам усилителя, а выходы кл чей соединены с последовательно вк: ченными сумматором и интегратором, . причем к выходу интегратора второго канала Подключен ангиюго-цифровой преобразователь, дополнительно содержит два формирователя, реверсивный счетчик, счетчик, пороговые и сравнивающее устройства, при этом выход генератора функций Уопша через первый формирователь соединен с первым входом реверсивного счетчика, Ъторой и третий входы которого соединены с выходами порогового устройства, вход которого соединен с выходом интегратора первого канала, а выходы реверсивного счетчика соединены с первой группой входов сравнивающего устройства, вторая группа входов которого соединена с выходами счетчика, у которого первый вход через второй формирователь соединен с выходом источника исследуемого сигнала, а второй вход соединен с выходом умножителя частоты, причем выход сравнивающего устройства соединен с вторым входом генератора функций Уолша. На чертеже представлена структурная схема анализатора. Анализатор содержит источник 1 исследуемого

сигнгша, усилитель 2, формирователь 3, умножитель 4 частоты, генератор 5 функций Уолша, п управляемых ключей 6, сумматоры 7, , 72, интеграторы 8 , 8, формирователь 9, реверсивный счетчик 10, пороговое устройство 11, сравнивающее устройство 12, счетчик 13 и аналого-цифровой преобразователь 14.

Работает анализатор следующим образом.

Анализируемый периодический сигнал, усиленный парафазным усилителем 2, поступает в двух полярностях на двухпозиционные ключи 6 обоих каналов, управляемые сигналами генератора 5 функций Уолша. Этот генератор запускается импульсами умножителя 4 частоты некоторого синхронзирующего сигнала, начальная .фаза которого принята за начало отсчета. Каждый ключ 6 в зависимости от текущего значения соответствующей функции Уолша выдает на выход сигнал в прямой или обратной полярности, реализуя тем самым перемножение входного сигнала с указанной функцией. Полученные произведения с определенными весовыми коэффициентами суммируются сумматором 7, и 7 и интегрируются на периоде т исследуемого сигнала. Поскольку -весовые 1оэффициенты , и С, выбраны равными коэффициентам разложения Sin KioJt i cosVlU)-fc в ряд Уолша, то сигналы на выходах интеграторов 8 первого и второго каналов будут пропорциональны текущим спектральны коэффициентам Уолша.

Совпадение частот измеряемой гармоники и опорных колебаний достигается соответствующего коэффициента умножителя 4 частоты.

В верхнем по схеме канале производится измерение величины фазового рассогласования искомой гармоники и опорного синусоидального колебания и сведение измеренной величины к нулю путем сдвига фазы опорного колебания следящей системой. Синхронизирующий сигнал, начальная фаза которого принимается равной нулю, первым формирователем 3 преобразуется в импульсы высокой скважности, формируемые в конце каждого периода Эти импульсы обнуляют счетчик 13, запускаемый импульсами умножителя

4частоты. Код счетчика 13 сравнивае тся с кодом реверсивного счетчика 10 и в момент срав нения на выходе сравнивающего устройства 12формируется импульс, обнуляющий генератор

5функций Уолша. Очевидно, что сдвиг момента обнуления генератора 5 функций Уолша, а следовательно и начала каждого периода опорной аппроксимированнойсинусоиды, относительно начала периода синхронизирующего колебания определяется кодом реверсивного счетчика 10,

В конце каждого периода опорной синусоиды импульсом второго формирователя 9 код реверсивного счетчика 10 изменяется на одну малую градацию Счетчик 13 запускается импульсами умножителя 4 частоты с козффициентом умножения VC. ,а для формирования полного периода опорного колебания требуется импульсов. Поэтому начальная фаза опорного колебания в каждом периоде будет отличаться от начальной фазы того же колебания в предыдущем периоде на угол

P lrl/Ky,

а через М периодов фазовый сдвиг опорного колебания относительно синхронизирующего достигнет величины

и будет изменяться до совпадения с фазой измеряемой гармоники. Направление счета реверсивного счетчика 10 зависит от знакоинтервала и задается взаимно инвертированными сигналами знакового порогового уЬтройства 11. При совпадении начальных фаз опорного колебания и измеряемой гармоники реверсивный счетчик 10 останавливается и в нем фиксируется код начальной фазы измеряемой армоники. После компенсации фазового рассогласования другое опорное колебание оказывается синфазным с исследуемой гармоникой, амплитуда которой определяется в нижнем по схеме канале. Для достижения единой формы представления обеих измеряемых величин (амплитуды и фазы) предназначен аналого-цифровой преобразователь 14.

Предлагаемое устройство выгодно отличается от известных устройств аналогичного назначения, так как обеспечивает измерение амплитудного и фазового спектра исследуемой гармоники без выполнения нелинейных операций, что повышает точность анализа. При этом сохраняются преимущес тва простоты аппаратурной реализации прототипа, обусловленные аппроксимацией гармонических опорных колебаний конечной суммой ряда по системе функций Уолша.

Формула изобретения

Анализатор спектра, содержащий соединенные с выходами источника исследуемого сигнала усилитель и умножитель частоты, выход которого соединен с первым входом генератора функций Уолша, два канала одинако;вой структуры, каждый из которых

содержит г. управляемых ключей, первые входы которых соединены с выходами генератора функций Уолша,вторые .и третьи входы ключей противоположных каналов объединены и подключены к двум выходам усилителя, а выходы ключей соединены с последовательно включенными сумматором и интегратором, причем к выходу интегратора второго канала подключен аналогоцифровой преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повьииения точности анализа, он дополнительно содержит два формирователя, реверсивный счетчик, счетчик пороговое и сравнивающее устройства, при этом выход генератора функций Уолша через первый формирователь соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй и третий входы которого соединены с выходами порогового устройства, входом соединенного с выходом интегратора первого канала, а выходы реверсивного счетчика соединены с первой группой входов сравнивающего устройства, вторая группа входов которого соединена с выходами счетчика, у которого первый вход через второй формирователь соединен с выходом источника исследуемого сигнала, а второй вход соединен с

0 выходом умножителя частоты, причем выход сравнивающего устройства соединен со вторым входом генератора функций Уолша.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 480993, кл. G 01 R 23/16, 1975.