Анализатор спектра

 

Изобретение может быть использовано для измерения частоты синусоидальных гармоник сигналов переменного напряжения цифровым методом. Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение устройства. Анализатор содержит блок 1 быстрого преобразования Фурье, сдвиговые регист-. ры 2 и 3, блоки 4 и 10 сравнения кодов, сумматоры 5 и 18-, элементы И 6-9 и 14, элементы ИЛИ 11 и 13, делитель 12 и блок 15 памяти. Введение элемента И 16 и элемента ИЛИ 17 позволяет исключить из схемы умножите- . ли, тем самым сократив время вычисления точного значения частоты. 1 ил. (Л ND 05 to 4 О О5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (sp 4 С О! R 23/00 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblT

ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /" :

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2.1 ) 3921452/24-21 (22) 26.06.85 (46) 07,10.86. Бюл, к- 37 (7 1) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.А.Буров и Ю.11.Туз (53) 681.323(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М - 1002977, кл. G 01 R 23/00, 1983. (54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА (57) Изобретение может быть использовано для измерения частоты синусо, SU„„1262406 A 1 идальных гармоник сигналов переменного напряжения цифровым методом. цель изобретения — повышение быстродействия и упрощение устройства. Анализатор содержит блок 1 быстрого преобразования Фурье, сдвиговые регист-. ры 2 и 3, блоки 4 и 10 сравнения кодов, сумматоры 5 и 18., элементы

И 6-9 и 14, элементы ИЛИ 11 и 13, делитель 12 и блок 15 памяти. Введение элемента И 16 и элемента ИЛИ 17 позволяет исключить из схемы умножители, тем самым сократив время вычисления точного значения частоты. 1 ил.

12624

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения частоты синусоидальных гармоник сигналов переменного напряжения цифровыми методами. 5

Цель изобретения — повышение быстродействия анализатора спектра при одновременном его упрощении.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого анализатора.

Устройство содержит блок 1 быстрого преобразования Фурье (БНФ), на вход которого подается анализирующий сигнал, сдвиговые регистры 2 и 3, второй блок 4 сравнения кодов, первый сумматор 5, первый 6, второй 7, третий 8, четвертый 9 элементы И, первый блок 10 сравнения кодов, первый элемент ИЛИ 11, делитель 12, второй элемент ИЛИ 13, пятый элемент И 14, блок 15 памяти, шестой элемент И 16, третий элемент ИЛИ 17 и второй сумматор 18.

К выходам блока 1 быстрого преобразования Фурье (БПФ) подключены сдвиговые регистры 2 и 3. Второй выход регистра 2 соединен с первыми

4 входами блока 4 сравнения кодов и сумматора 5. Первый и третий выходы регистра 2 и третий выход регистра 30

3 соединены с первыми входами элементов И 6-8 ° Вторые входы элементов

И 6 и 9 соединены с первым выходом блока 10 сравнения кодов, входы которого соединены с первым и третьим выходами регистра 2, а вторые,рходь! элементов И 7 и 8 соединены с вторым выходом блока 10 сравнения кодов. Выходы элементов И 6 и 7 соединены через элемент ИЛИ 11 с вторым входом 40 блока 4 сравнения кодов и вторым входом сумматора 5, выход которого соединен с первым входом делителя 12.

Выходы элементов И 8 и 9 соединены с входами элемента ИЛИ 13, а вьгход 45 блока 4 сравнения через элемент И 14 соединен с входом блока 15 памяти, выход которого является выходом анализатора. !

Второй вход элемента И 9 соединен 50 с вторым выходом регистра 3, вторые выходы блока 10 сравнения кодов и регистра 2 соединены с входами элемента И 16. Выходы элементов И 6 и

16 соединены с входами элемента ИЛИ 55

17, выход которого соединен с вторым входом делителя 12. Выходы делителя

12 и элемента HJIM !3 соединены с

06 2 входами сумматора 18, выход которого соединен с вторым входом элемен таИ14, Устройство работает следующим образом.

Исследуемый сигнал поступает на вход БПФ 1, наличие гармонических составляющих в исследуемом сигнале приводит к появлению в спектре узких всплесков (максимумов) в окрестности частот гармонических составляющих.

За счет выполнения преобразования

Фурье для дискретных значений частоты возникает погрешность измерения частоты, максимальное значение которое равно половине шага по частоте.

Чтобы устранить погрешность измерения частоты, обусловленную дискретностью преобразования Фурье, необходимо в каждом локальном максимуме спектра сигнала выделить две наибольшие соседние выборки спектра

Z и соответствующие им частоты. Для этого коды чисел, представляющие значения коэффициентов ряда Фурье (выборки спектра), подсчитанные в результате реализации алгоритма БПФ, одновременно поступают в первый сдвиговый регистр 2, а коды их адреса, соответствующие в заданном масштабе частотам, поступают параллельно во второй сдвиговый регистр 3. Каждый сдвиговый регистр хранит одновременно коды трех чисел. Из этих чисел с помощью двух блоков 4 и !О сравнения кодов и четырех элементов И 6-9 выделяют два соседних максимальных числа и соответствующие им адреса, по мере их поступления.

В первом блоке 10 сравнения кодов сравниваются коды первого и третьего чисел, записанные в регистре 2., При этом может быть два случая: если код третьего числа, записанный в регистре 2, больше первого, т.е. выборка спектра Z> + Z то на первом выходе блока 10 сравнения кодов появится сигнал разрешения перезаписи кода третьего числа .Z > с вьгхода регистра 2 через второй элемент И 7 и элемент ИЛИ 11 в сумматор 5 и через элемент ИЛИ 17 в делитель 12; если код третьего числа, записанного в регистре 2, меньше первого, т.е. выборка спектра Z

3 1262406 4 кода первого числа Z< с выхода регис- чения двух умножителей 6e i.отерн тра 2 через первый элемент И 6 и точности измерения. элемент ИЛИ 11 в сумматор 5 и лерезаг писи кода второго числа Z< с выхода Ф о Р м у л а и з о б р е т е н и я регистра 2 через элемент И 16 и элемент ИЛИ 17 в делитель 12. Анализатор спектра, содержащий

Одновременно с перезаписью к дов блок быстрого преобразования Фурье, чисел Z<, Z и Z че..-ез элемент ИЛИ к выходам которого подключены два

13 записываются коды адреса, соот- сдвиговых регистра на три числа, два ветствующие каждому из чисел Е,и Е, 0 блока сравнениЯ коДов, пЯть элемен2 поступающие через элементы И 9 и 8 тов И, два элемента ИЛИ, два суммасо сдвигового регистра 3 в сумматор тора и делитель, причем второй вы18 причем разрешение на прохожде- ход пеРвого РегистРа соединен с перние в сумматор 18 кода адреса числа выл,входами второго блока сравнения

Е 1 или Е поступает от блока 10 5 кодов и первого сумматора, первый и сравнения кодов. В сумматор 5 каждый третий выходы первого регистра и раз поступает второе число, записан- третий выход второго регистра соеди †. ное в регистре 2, т.е. значение вы- нены с первыми входами первого, втоборки спектра Zq ° рого и третьего элементов И соответ2р ственно, вторые входы первого и четВ делителе 12 код числа, лоступа- вертого элементов И соединены с перкяций с выхода элемента ИЛИ 17, делит- вым выходом первого блока сравнения ся на код, поступающий с выхода сум- кодов, входы которого соединены с матора 5, который образуется путем первым и третьим выходамн первого ресуммирования кодов числа, соответ- 25 гистра, а вторые входы второго и ствующих значениям выделенных выбо- третьего элементов И соединены с (Z v Zq или К и Ез). Получен- вторым выходом первого блока сравненый в результате деления в делителе ния кодов, выходы первого и второго

12 код числа поступает в сумматор элементов И соединены через первый

18, на другой вход которого подается ЗО элемент ИЛИ с вторым входом второго код адреса Z<, если Z, ) Z > или код блока сравнения кодов и вторым вхоадреса Z<, если Z> > Z . На выходе дом первого сумматора, выход которосумматора 18 получаем код, являющий- го соединен с первым входом делителя ся измеренным значением частоты в выходы третьего и четвертого элеменвыбранном масштабе соответствующей

35 тов И соединены с входами второго гармоники, но только в том случае, элемента ИЛИ, а выход второго блока если код второго числа 7 макси- сравнения через пятый элемент И соемальный, что определяется путем динен с входом блока памяти, выход сравнения кода с выхода сдвигового которого является выходом анализаторегистра 2 в блоке 4 сравнения. Ес<о ра, отличающийся тем, ли код Z< наибольший среди кодов что, с целью повьппения быстродейстЕ и Ез, то на выходе блока 4 вия при одновременном упрощении анасравнения кодов появляется сигнал, лизатора спектра, в него введены разрешающий перезапись кода с . шестой элемент И и третий элемент выхода сумматора 18 в блок 15 ИЛИ, причем второй вход четвертого памяти, хранящий результаты изме- элемента И соединен с вторым выходом рений. второго регистра, вторые выходы первого блока сравнения кодов и первоТаким образом, точное измерение го Регистра соединены с входами шесчастоты многокомпонентных сигналов того элемента И, выходы первого и цифровым методом производится без . шестого элементов И соединены с вхоприменения умножения, что позволя- дами третьего элемента ИЛИ, выход ет повысить быстродействие за счет которого соединен с вторым входом сокращения времени вычислений точно- делителя, выходы делителя и второго го значения частоты на время, He . элемента ИЛИ соединены с входами вто55 обходимое для выполнения умножений, .рого сумматора,выходкоторого соедии упростить устройство за счет исклю- нен с вторым входом пятого элемента И. -