Устройство для определения коэффициентов Фурье Советский патент 1982 года по МПК G06F17/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ

ФУРЬЕ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения .амплитуд гармонических составляющих сложных электрических колебаний.

Известно устройство для определения амплитудно-фазовых характеристик, содержащее генератор функций Радемахера, блок дискретно-аналоговых генераторов, сумматоров, преобразователь напряжение - частота, задатчик интервалов интегрирования, ключ, блок выделения знака, два блока лйгических элементов, два блока делителей частоты и два блока корреляторов, выходы которых соединены с соответствукяцими входами блоков регистрирующих приборов, выход блока выделения знака соединен с первыми входами блоков логических элементов, другие входы которых связаны с соответствуюсаими выходами генератора функций Радемахера, вход которого соединен с выходом формирователя частицы, а соответствующие выходы подключены к входам блока дискретно-аналоговых генераторов, выходы которых связаны с соответствующими входами сумматора, вход блока выделения знака соединен с входами преобразователя напряжение - частота, выход которого через ключ связан со входами блоков дели- I телей частоты, выходы которых соединены с первой группой входов соот ветствующих блоков корреляторов, ко второй группе входов которых подклк чены выходы соответствующих блоков логических элементов, один из выходов генератора функций Радемахера через

10 задатчик интервала интегрирования связан с управляющим входом ключа pj.

Недостатками этого устройства являются ограниченность его функциональных возможностей и сложность.

15 Эти недостатки обусловлены тем, что устройство предназначено только для снятия амплитудно-фазовых характеристик динамических систем и поэтому выходной сигнал этой системы в обя20зательном порядке содержит в себе опорный , как реакцию контролируемой системы на заданный тестовый сигнал, который подают на вход контролируемой системы и который, в свою

25 очередь, содержит опорный сигнал в качестве составляющей. Вторым условием, ограничивающим его функциональные возможности, является необходимость обеспечить, чтобы анализируе30мый сигнал не содержал нечетных гарМОНИК (кроме первой), что достигаетс формированием определенным образом входного тестового сигнала. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения коэффициента Фурье, содержащее N перемножит.елей, два блока усреднения генератор ортогональных напряжений, 2 М блоков весовых коэффициентов и два сумматора. Выходы генератора ортогональных напряжений подключены к первым входам соответствующих пере|Множителей, вторые входы которых сое динены с источником анализируемого сигнала, выход каждого перемножителя подключен к входам двух соответствую щих блоков весовых коэффициентов, выходы которых соединены с соответствуюгцими сумматорами, подключенными к блокам усреднения t Недостаток этого устройства - низ кая точность измерения коэффициентов Фурье анализируемого сигнала, что яв ляется следствием принципа, на котором основана работа устройства. Целью изобретения является повышение точности измерений. Эта цель достигается тем, что в устройство для определения коэффициентов Фурье, содержащее первый и второй сумматоры, выходы которых по ключевы к входам соответствующих бл ков усреднения, входы каждого сумматора соединены с выходами соответствующих масштабных блоков, входы одноименных масштабных блоков объед нены и подключены к выходу соответствующего блока умножения,введены интегратор, генератор знаковых функ ций и два дополнительных масштабных блока, выходы которых подключены к дополнительному входу соответствую щего сумматора, входы дополнительны масштабных блоков объединены с первыми входами блоков умножения и под ключены к выходу интегратора, вход которого объединен с входом генератора знаковых функций и является вх дом устройства, вторые входы блоков умножения соединены с соответствующими выходами генератора знаковых функций. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройс ва,; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства. Устройство содержит источник ана лизируемого сигнала 1, подсоединенный через интегратор 2 к входам бло ков умножения 3, и генератор знаков функций 4. Выход интегратора 2 и вы ходы всех блоков умножения 3 через масштабные блоки 5 и 6, соответстве но, попарно подключены к (п+1)-му входам сумматоров 7 и 8, у каждого из которых на выходе присоединены блоки усреднения 9 и 10. При измерении коэффициентов Фурье соответствующих п-ой составляющей одновременно с началом анализируемого сигнала n(t)J S(t)dt по цепи синхронизации и запуска с выхода источника анализируемого сигнала 1 на управляющий вход поступает сигнал, по. которому включается генератор знаковых функций 4, вырабатывающий параллельно по всем своим выходам суммарный сигнсШ, реапизукадий знаковые . s.Hcc.. функции Sig-n 61И , На фиг. 2 приведен пример сигналов, вырабатываемых генератором ля случая первых трех нечетных составляющихп 1;з;5. S i g п sin Сумма этих сигналов ХЧ (1фиг. 2г)/ Нормируется по амплитуде и полярности и поступает на распределитель, являющийся частью генератора 4 и не показанный отдельно на фиг. 1. Выходной сигнал (54) этого распределителя по тактам его переключения показан на фиг. 2д. На каждом из тактов 1,2„.,,, N выходной импульс распределителя последовательно поступает на управляю- щие входы блоков умножения 3, через которые текущее значение интегрированного измеряемого сигнала поступает На сумматоры 7 и 8 с соответствующими весами и знаками. Для примера, представленного на фиг. 2,на первом импульсе 0, распределителя на вход сумматора 8 через первый блок умножения 3 поступает сигнал D(t) через масштабный блок б, который реализует для данного такта вес, равный сумме 1-(1/3)-(1/5)0,8488889,. а на втором такте t , t-j. 3 через второй блок умножения 3 сигнал 3(t) поступает на вход сумматора 8, но уже с весом 12(1/3 Г+(1/5 ) 0,9288889, что следует из фиг. 2г, так как для Ct , t первые две знаковые функции входят в весовой коэффициент со знаками плюс, а третья - с минусом. Аналогичным образом сумм 1руеяся сигнал 3(t ) на всех остальных тактах, в результате чего в сумматоре 8 формируется сумма значений сигнала О(t ) с соответствующими весами по каждому из тактов. Описанное суммирование таким же образом осуществляется и для квадратурной составляющей п-ой гармоники. Работа повторяется n раз до окончания времени анализа Т , определяемого периодом основной частоты сигнала S(t), Одновременно с этим сигнал S(t) поступает на сумматоры 7 и 8 через масштабные блоки 5. В результате всех процессов формируются суммы, которые с выходов сумматоров 7 и 8 поступают на блоки усреднения 9 и 10, где по окончании интервала анализа образуются величи амплитуд синфазной 6 и квадратурной ау составляющих и-ой гармоник анализируемого сигнала S(t) . Положительный эффект изобретения состоит в повышении точности определения коэффициентов Фурье анализируемого сигнала.: Достигаемое при этом количественное снижение погрешности зависит от конкретных значений параметров устройства, например, от числа , но сам факт и существенность уменьшения этой погрешности является следствием исключения необходимости вычитания близких по значению величин, как это имеет мест в прототипе. Как видно из рассмотренного примера и математического обоснования в предлагаемом устройстве при увеличении числа тактов каждый из весовых множителей изменяется на относительно малую величину по с Равнению с ранее иКювшейся. Из этого следует, что при одинаковом с прототипом числе слагаемых предлагаемое устройство в 4 Я раз менее чувствительно к увеличению числа слагаемых. Кроме того, повышается помехозащи щенность , как следствие интегрирования анализируемого сигнала. Формула изобретения Устройство для определения коэффициентов Фурье, содержащее первый и второй сумматоры, выходы которых подключены к входам соответствующих блоков усреднения, входы каждого сумматора соединены с выходами соответствующих масштабных блоков, объединены и подключены к выходу соответствующего блока умножения, отличающееся тем, что, с делью повышения точности в устройство введены интегратор, генератор знаковых функций и два дополнительНых масштабных блока, выходы которых подключены к дополнительному входу соответствующего сумматора, входы дополнительных масштабных блоков объединены с первыми входами блоков умножения и подключены к выходу интегратора, вход которого объединен с входом генератора знаковых функций и является входом устройства, вторые входы блоков умножения соединены с соответствующими выходами генератора знаковых функций. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 664157, кл. G 05 В 23/02, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР № 446073, кл. G 06 G 7/19, 1973 (прототип ).

V it 2

ыг.2

- - -- -- , IMIITL - ---- /г tf t