Цифровой анализатор гармоник Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

ИзоЬретение относится к цифровоГ: измерительной технике и предназначено, в частности, для измерения первых гармоник реакции объекта на моногармоническое сканирующее воздействие в системах виброиспытаний. Известен цифровой анализатор гармоник, содержащий аналого-цифровой преобразователь, цифра.-зой синус-коси нусный генератор, два умнохсителя, два цифровых сглаживающих фильтра, два регистра хранения теюущихзначений квадратурных составляющих, два квадратора, сумматор и блок извлечения квадратного корня, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первыми входами умножителей, два выхода синус-косинусного ге нератора соединены со вчорыми входами умножителей, выходы умножителей соединены с первыми входами соответствующих сглаживающих фильтров, выхо ды которых соединены со входами соо ветствующих регистров хранения текущих значений квадратурных составляющих и со входами соответствующих ква раторов, выходы упомянутых регист{ ов соединены со вторыми входами соответ ствующих цифровых сглаживающих фильт ров , выходы квадраторов соединены со входами сумматора, выход которого соединен со входом блока извлечения квадратного корня l Недостатком данного анализатора гармоник являются большие затраты оборудования, что снижает надежность устройства . Это связано с необходимостью выполнения операции умножения отсчетов входного сигнала на отсчеты синусной и косинусной функций, которые представляют собой, как правило, дробные числа с весьма высокой разрядностью. Цель изобретения - повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой анализатор гармоник , содержащий аналого-цифровой преобразователь, два регистра хранения текущих Значений квадратурных составляющих, два квадратора, сумматор, блок извлечения квадратного корня и два цифровь1х сглаживающих фильтра, выходы которых соединены со входами соответствующих регистров хранения текущих значений квадратурных составляющих и со входами соответствующих квадраторов, выходы упомянутых регистров соединены с первыми входами соответствующих цифровых сглаживающих фильтров, а выходы квадраторов соединены со входами сумматора, выход которого соединен со входам блока извлечения квадратного корня, введены блок формировани« весовых функций и два сумматора вычитателя, первые входы которых со динены с выходом аналого-цифрового преобразователя, вторые входы - с выходами блока формирователя весовы функций, третий выход которого соед ней со вторым входом аналого-цифров го преобразователя, а выходы сумматоров-вычитателей соединены со вт рыми входами соответствующих сглажи вающих фильтров. На фиг, 1 приведена структурная схема анализатора гармоник; на фиг. 2 и 3 - амплитудно-частотные характеристики фильтров и вид весовых функций для . 2. Анализатор (фиг.1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, сумматоры-вычитатели 2 и 3, блок 4 формирования весовых функций, регистры хранения текущих значений квад ратурных составляющих 5 и 6, цифровые сглаживающие фильтры 7 и 8, ква раторы 9 и 10, сумматор 11, блок 12 извлечения квадратного корня. Анализатор работает следующим образом. Входной сигнал с преобразователя 1 преобразуется в цифровую форму в моменты времени, определяемые блоко 4. Затем отсчеты входного сигнала поступают на сумматоры-вычитатели 2 и 3 квадратурных каналов, где осуществляется выде/гение первой гармо НИКИ частоты анализа сид : по ко мандам с блока 4. Блок 4 формирования весовых функций вьщает результа последовательной сверки весовой фун ции фильтра с передаточной функцией вида весовых функцийфиль ров с передаточной функцией вида 1-2 . Из приведенных амплитудно-частот ных характеристик таких фильтров (фиг.2) видно, что при а)д - все тТ KIоме первой гармоники частоты Шд будут устранены, если m 2 К. где KV 3; 5; 7;... простые числа; А - наибольшее простое число среди номеров устраняемых гармоник; - количество простых чисел среди номеров устраняемых гармоник, Результат последр зтельной сверт ки элементарных весовых функций для (фиг.Зг), где К, 3, Kj 5 (), показывает, что весовая функция фильтра гармоник представляет собой последовательность отсчетов, неравномерно расположенных во времени с весами, равными ± 1, так как для реализации процедуры взвешивания с весами f 1 не нужен умножитель, а достаточно сумматора-вычитателя, требующего значительно меньших аппаратурных затрат, это также относится и к замене цифрового синус-косинусного генератора блоком формирования весовых функций. Весовые функции в квадратурных каналах сдвинуты друг относительно во времени на -. Далее сигнал обрабатывается в сглаживающих фильтрах 7 и 8, представляющих собой цифровые узкополосные фильтры нижних частот, которые определяют разрешающую способность анализатора по частоте. После окончания процесса вычисления квадратурных составляющих на данной частоте в квадраторах 9 и 10 полученные значения квадратурных составляющих возводятся в квадрат, их квадраторы суммируются в сумматоре 11, а затем из этой суммы в блоке 12 извлекается квадратный корень. На. этом процесс анализа на данной частоте заканчивается. Таким образом, предложенное устройство позволяет существенно с {изить аппаратурные затраты при создании специализированных вычислительных устройств гармонического анализа, так как объем оборудования, необходимый для реализации сумматоров-вычитателей и блока формирования весовых функций значительно меньше соответствующего показателя при реализации умножителей и цифрового синус-косинусного генератора, кроме того,, простота структуры и методика расчета таких устройств позволяют упростить, сократить во времени и удешевить процессы разработки и настройки подобных устройств. Формула изобретения Цифровой анализатор гармоник,содержащий аналого-цифровой преобразователь, два регистра хранения текущих значений квадратурных составляющих, два квадратора, сумматор,блок извлечения квадратного корня и два цифровых сглаживающих фильтра, выходы которых соединены со входами соответствующих регистров хранения текущих значений квадратурных составляющих и со входами соответствующих квадраторов, выходы упомянутых регистров соединены с первыми входами соответствующих цифровых сглаживающих фильтров, а выходы квадраторов соединены со входами cyiviMaropa, выход которого соединен со входом блока извлечения квадратного корня, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введены блок формирования весовых функций и два сумматора-БЫчитат.еля, первые йходы которых соединены с выходом аналогоцифрового преобразователя, вторые входы - ,с выходами блока формирования весовнх функций, третий выход которого соединен со вторым входом

аналого-цифрового преобразователя,а выходы сумматоров-вычитателей соединены со вторыми входами соответствующих цифровых сглаживающих фильтров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

. 1. Степашкин А.И., Коршунов Ю,М., Иофа А.Л., Молчадский Л.И. Цифровой метод частотного анализа сигналов.-Обработка информации автоматическими системами Труды РРТИ, Рязань, 1970, вып.29.

Btixod

1 lei., плат I

2jcos l

тт fa

2 I 2-l

2lcaS I

M Ж Ж тт tnT гОт тТ

fui.l

Mh

+

+ /

I FF 1

y, YY p

2.J