Измеритель элементов матрицы спектральной плотности мощности двух сигналов

 

Изобретение может быть использовано для определения частотных характеристик объектов автоматического управления. Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способвд 2 нести устройства. Устройство содержит фазовращатель 6, квадраторы 7 и 8, блоки 9 и 10 умножения и интеграторы 11-14. В устройство введены преобразователи 1 и 2 временного масштаба, на выходе которых получают набор смещенных реализаций, спектр каждой из которых сдвинут в такую частотную область, в которой соответствующая гармоника исходной реализадии совпадает с резонансной частотой введенных узкополосных фильтров 4 и 5. Величины сдвигов исходных спектров , необходимые для выделения искомых гармоник, расчитываются заранее и фиксируются в блоке 3 управления. В описании дан пример конкретного выполнения блока 3 управления. 1 з.п, ф-лы, 2 ил. ю (Л Виа31 L со со л

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 R 23/18

ХГ1 "1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Вход 2

Вход!

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3995375/24-21 (22) 27.12.85 (46) 30.04.87. Бюл. М- 16 (71) Одесский политехнический институт (72) В.А. Герлига, В.Т. Роговский и А.Ю. Погосов (53) 621.317.757(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 204396, кл. G 01 R 23/18, 1965. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕМЕНТОВ МАТРИЦЫ

СПЕКТРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ МОЩНОСТИ ДВУХ

СИГНАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано для определения частотных характеристик объектов автоматического управления. Цель изобретения — повышение точности и разрешающей способ.,80,» 1307 75 А 1 ности устройства. Устройство содержит фазовращатель 6, квадраторы 7 и 8, блоки 9 и 10 умножения и интеграторы 11 — 14. В устройство введены преобразователи t и 2 временного масштаба, на выходе которых получают набор смещенных реализаций, спектр каждой из которых сдвинут в такую частотную область, в которой соответствующая гармоника исходной реализации совпадает с резонансной частотой введенных узкополосных фильтров 4 и 5. Величины сдвигов исходных спектров, необходимые для выделения искомых гармоник, расчитываются заранее и фиксируются в блоке 3 управления.

В описании дан пример конкретного выполнения блока 3 управления. 1 з.п. ф-Jr 2 ил.

1307375 2 ь. являются соответственно первым и вторым выходами блока 3 управления, единственным входом которого является второй вход сумматора 18.

5 Измеритель работает следующим образом.

Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для определения частотных характе ристик объектов автоматического управления.

Цель изобретения — повышение точности и разрешающей способности измерителя.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого измерителя, на фиг. 2— схема блока управления.

Измеритель содержит преобразователи 1 и 2 временного масштаба, блок 3 управления, узкополосные с. фильтры 4 и 5, фазовращатель 6, квадраторы 7 и 8, блоки 9 и 10 умножения и интеграторы 11-14, Блок 3 управления содержит генератор 15 тактовых импульсов, управляемый делитель 16 частоты, счетчик 17 адреса, сумматор 18 и блок 19 памяти.

В измерителе первые входы преобразователей 1 и 2 временного масштаба являются соответственно первым и вторым входами последнего. Ко вторым входам преобразователей 1 и 2 временного масштаба подключены первый и (б второй выходы блока 3 управления соответственно. Выходы преобразователей 1 и 2 временного масштаба соединены со входами строго одинаковых узкополосных фильтров 4 и 5. Выход узкополосного фильтра 4 подключен к входу фазовращателя 6 и первому входу блока 10 умножения, выход которо- 35 го связан со входом интегратора 13.

Выход узкополосного фильтра 5 подключен к входу квадратора 8, выходом соединенного со входом интегратора

14, и ко вторым входам блоков 9 и

10 умножения. Выход фаэовращателя 6 подключен к входу квадратора 7 и первому входу блока 9 умножения, выходы которых связаны со входами интеграторов 11 и 12 соответственно.

В блоке 3 управления выход генератора 15 тактовых импульсов подсоединен к тактовому входу управляющего делителя 16 частоты. Выход управляемого делителя 16 частоты подключен к тактовому входу счетчика 17 адреса, выход которого соединен с первым входом сумматора 18. Выход переноса счетчика 17 адреса подключен к входу блока 19 памяти, выход которого соединен с информационным входом управляемого делителя 16 частоты. Выходы счетчика 17 адреса и сумматора 18

Входные реализации первого и второго сигналов поступают соответственно на первые входы преобразователей

1 и 2 временного масштаба, где осуществляется мультипликативный перенос спектра названных реализаций в область, определяемую первой фиксированной частотой изменения кодов на вторых входах преобразователей 1 и 2 временного масштаба. Реализации со смещенным спектром с выходов преобразователей 1 и 2 временного масштаба поступают соответственно на входы узкополосных фильтров 4 и 5, на выходах которых выделяются гармоники смещенных реализаций, соответствующие резонансной частоте узкополосных фильтров 4 и 5. После окончания первой пары смещенных реализаций частота изменения кодов на вторых входах преобразователей 1 и 2 временного масштаба принимает другое фиксированное значение. Это приводит к . мультипликативному переносу спектра обеих исходных реализаций в следующую область, в которой гармоники, выделяемые узкополосными фильтрами 4 и 5, будут соответствовать следующим по порядку гармоникам названных реализаций. Таким образом, на выходе каждого из преобразователей 1 и 2 временного масштаба получают-набор смещенных реализаций, спектр каждой из которых сдвинут в такую частотную область, в которой соответствующая гармоника исходной реализации совпадает с резонансной частотой узкополосных фильтров 4 и 5, Преобразователи 1 и 2 временного масштаба одновременно сдвигают спектры соответствующих входных реализаций в совпадающие частотные области. Величины сдвигов исходных спектров, необходимые для выделения искомых гармоник, рассчитываются заранее и фиксируются б в блоке 3 управления. Таким образом, на выходе узкополосных фильтров 4 и 5 получают наборы сигналов, представляющих собой результат последовательной узкополосной фильтрации соответствующих исходных реализаций.

3 1ЗО7

Совместная работа блока 3 управ- ., ления и преобразователей 1 и 2 временного масштаба, содержащих последовательно соединенные устройство выборки-хранения, аналого-цифровой преобразователь, оперативно-запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь заключается в следующем. Реализации, поступающие на входы устройств выборки-хранения 10 каждого из преобразователей 1 и 2 временного масштаба, дискретизируются во времени в наборы выборок, которые на аналого-цифровых преобразователях преобразуются в два набора кодов. Эти два набора кодов синхронно заносятся в ячейки соответствующих оперативно-запоминающих устройств. Коды, снимаемые с выходов каждого из аналого-цифровых преобра- 20 разователей, последовательно заполняют все ячейки соответствующего оперативно-запоминающего устройства согласно адресации, определяемой одним на два оперативно-запоминающих 25 устройства счетчиком 17 адреса. После синхронного заполнения двух оперативно-запоминающих устройств начинается собственно процесс измерения.

Генератор 15 тактовых импульсов и управляемый делитель 16 частоты формируют последовательность импульсов, частота следования которых определяется кодом на выходе блока 19 памяти. В последнем записаны рассчи35 танные заранее коды, соответствующие требуемым сдвигам спектров исходных реализаций. Другими словами, коды, записанные в блоке 19 памяти, определяют такие значения частоты импульсов на выходе управляемого делителя 16 частоты, которые обеспечат все необходимые сдвиги спектров исходных реализаций.

Импульсы с выхода управляемого делителя 16 частоты поступают на тактовый вход счетчика 17 адреса, который определяет адрес ячейки оперативно-запоминающего устройства пре50 обраэователя 1 временного масштаба, иэ которой будет произведено очередное считывание информации. Таким образом, частота импульсов на выходе управляемого делителя 16 частоты определяет частоту изменения кодов на вторых входах преобразователей 1 и 2 временного масштаба. Наборы кодов, записанные в обоих опе375 4 ративно-запоминающих устройствах, первый раз будут синхронно считаны с одной скоростью, второй раз — с другой и т.д.

Цифроаналоговые преобразователи, установленные на выходах оперативнозапоминающих устройств, преобразуют соответствующие наборы кодов в последовательности аналоговых выборок соответствующих смещенных реализаций с частотой импульсов, поступающих на тактовый вход счетчика 17 адреса.

Для точного измерения взаимного спектра двух сигналов, один из которых запаздывает на некоторое время, необходим аппаратный временной сдвиг одного из сигналов. Этот сдвиг осуществляется с помощью сумматора 18.

На первый вход сумматора 18 поступает код адреса считывания, подаваемый в оперативно-запоминающее устройство преобразователя 1 временного масштаба, а на второй - код временного сдвига между анализируемыми сигналами, задаваемый оператором.

Код, снимаемый с выхода сумматора 18, является кодом адреса считывания для оперативно-запоминающего устройства преобразователя 2 временного масштаба, поэтому информация, записанная в этом оперативно-запоминающем устройстве, будет считываться„ начиная не с первой ячейки, как это происходит в преобразователе 1 времен ного масштаба, а с какой-то п-ой ячейки, что обеспечит требуемый временной сдвиг. После считывания информации из последней ячейки оперативнозапоминающего устройства преобразователя 2 временного масштаба считывание будет продолжаться из первых (п-l) ячеек (емкость обоих оперативно-запоминающих устройств одинакова). Таким образом, на выходах преобразователей 1 и 2 временного масштаба формируются реализации с различной частотой следования выборок, что соответствует мультипликатному переносу спектра исходной реализации в различные частотные области.

Мультипликативный перенос спектра характеризуется коэффициентом сдвига

К; =Г,„ /Р, где F — частота дискретизации исходо ной реализации;

1307375

F, — частота считывания выборок сЧ1 исходной реализации записанных в оперативно-запоминающем устройстве, соответствующая i-му номеру гармоники.

Для выделения i-й гармоники соответствующим узкополосным фильтром является условие (2) 10

К; = Р гарм где F — абсолютное значение гарн i

i-й гармоники, F — резонансная частота соответствующего узкопо- 15 лосного фильтра (относительная частота всех

i-ых гармоник)

Подставив (1) и (2), и выделив сЧ1

F ° Г т

) гарм

СЧ1

25 или

Т

Т

1 1 горм1

Т,ч, Последнее выражение означает автоматическое выполнение условия отсутствия фазового скачка между реализациями на выходе преобразователей

1 и 2 временного масштаба, так как длина реализации всегда кратна периоду анализируемой гармоники.

Квадратор 7 и интегратор 11 обеспечивают получение электрических сиг- 40 налов, пропорциональных оценкам

t спектральной плотности мощности, соответствующим выбранным гармоникам исходной реализации сигнала, поступающего на вход преобразователя 1 вре-4 менного масштаба. Значения и количество гармоник определяются кодами, записанными в блоке 19 памяти и их количеством соответственно. Аналогично,.квадратор 8 и интегратор 14 служат для получения оценок спектральной плотности мощности сигнала, поступающего на вход преобразователя

2 временного масштаба. Блок 10 умножения и интегратор 13 обеспечивают получение оценок действительной части взаимного спектра двух входных сигналов. Фазовращатель 6, обеспечивающий фазовый сдвиг гармоники, снимаемой с выхода узкополосного фильтра 4, на н /2, блок 9 умножения и интегратор 12 служат для измерения оценок мнимой части взаимного спектра двух входных сигналов.

Формула изобретения

1. Измеритель элементов матрицы спектральной плотности мощности двух сигналов, содержащий фаэовращатель, последовательно соединенные первый квадратор и первый интегратор, первый блок умножения и второй интегратор, второй блок умножения и третий интегратор, второй квадратор и четвертый интегратор, причем вход первого квадратора объединен с первыми входами первого и второго блока умножения, вход фазовращателя объединен с вторым входом первого блока умножения, а выход фазовращателя соединен с вторым входом второго блока умножения и входом второго квадратора, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности и разрешающей способности, в него дополнительно введены первый и второй преобразователи временного масшта. ба, блок управления, первый и второй узкополосные фильтры, причем первые входы преобразователей временного масштаба являются первым и вторым входом измерителя, к вторым входам преобразователей временного масштаба подключены первый и второй выходы блока управления соответственно, выходы первого и второго преобразователей временного масштаба соединены с входами первого и второго узкополосных фильтров, выход первого узкополосного фильтра соединен с входом первого квадратора, а выход второго узкополосного фильтра — с входом фазовращателя.

2. Измеритель по п. i, о т л ич а ю шийся тем, что блок управления состоит из генератора тактовых импульсов, управляемого делителя частоты, счетчика адреса, сумматора и блока памяти, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с тактовым входом управляемого делителя частоты, второй вход которого соеди.нен с выходом блока памяти, выход управляемого делителя частоты подключен к тактовому входу счетчика адреса, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход переноса

1307375

Жх Р2

Составитель В.Величикин

Техред Л.Сердюкова

Корректор И,Демчик

Редактор А.Ревин

Заказ 1628/45

Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 счетчика адреса подключен к входу блока памяти, выходы счетчика адреса и сумматора являются соответственно первым и вторым выходами блока управления, входом которого является второй вход сумматора.