Устройство для определения коэффициентов фурье

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик («)982009 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 160481 (21) 3277743/18-24 с присоединением заявки Нов (23) ПриоритетОпубликовано 15.1282, бюллетень Йо46

Дата опубликования описания 15. 12. 82

Р1 М К з

0 06 F 15/332

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681 323 (088. 8) (72) Автор изобретения

В,П.Горбиль

Красноярский политехнический институт (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДНЯ 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 логических элементов, два блока делителей частоты и два блока корреляторов, выходы которых соединены с соответствующими входами блоков регистрирующих приборов, выход блока выделения знака соединен с первыми входами блоков логических элементов, другие входы которых связаны с соответствующими 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 делителей частоты, выходы которых соединены с первой группой входов соот ветствующих блоков корреляторов, ка второй группе входов которых подклв" чены выходы соответствующих блоков логических элементов, один из выходов генератора функций Радемахера через задатчик интервала интегрирования связан с управляющим входом ключа (1).

Недостатками этого устройства являются ограниченность его функциональных воэможностей и сложность.

Эти недостатки обусловлены тем, что устройство предназначено только для снятия амплитудно-фазовых характеристик динамических систем и поэтому выходной сигнал этой системы в обязательном порядке содержит в себе опорный сигнал, как реакцию контролируемой системы на заданный тестовый сигнал, который подают на вход контролируемой системы и который, в свою очередь, содержит опорный сигнал в качестве составляющей. Вторым условием, ограничивающим его функциональные возможности, является необходимость обеспечить, чтобы анализируемый сигнал не содержал нечетных гар982009 но, попарно подключены к (n+ 1)-му входам сумматоров 7 и 8, у каждого из которых на выходе присоединены блоки усреднения 9 и 10.

65 моник (кроме первой), что достигается формированием определенным образом входного тестового сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения коэффициента Фурье, содержащее М перемножителей, два блока усреднения, генератор ортогональных напряжений, 2 Й блоков весовых коэффициентов и два сумматора. Выходы генератора ортогональных напряжений подключены к

1 первым входам соответствующих пере множителей, вторые входы которых сое динены с источником анализируемого сигнала, выход каждого перемножителя подключен к входам двух соответствую-15 щих блоков весовых коэффициентов, ! выходы которых соединены с соответствующими сумматорами, подключенными к блокам усреднения $2 ).

Недостаток этого устройства — низ-,20 кая точность измерения коэффициентов

Фурье анализируемого сигнала, что является 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 под- 30 ключены к входам соответствующих блоков усреднения, входы каждого сумматора соединены с выходами соответствующих масштабных блоков, входы одноименных масштабных блоков объеди-35 иены и подключены к выходу соответствующего блока умножения, введены интегратор, генератор знаковых функций и два дополнительных масштабных блока, выходы которых подключены к 4р дополнительному входу соответствующего сумматора, входы дополнительных масштабных блоков объединены с первыми входами блоков умножения и подключены к выходу интегратора, вход 45 которого объединен с входом генератора знаковых функций и является входом устройства, вторые входы блоков умножения соединены с соответствующими выходами генератора знаковых функций.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства, на фиг ° 2 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит источник анализируемого сигнала 1, подсоединенный через интегратор 2 к входам блоков умножения 3, и генератор знаковых функций 4. Выход интегратора 2 и выходы всех блоков умножения 3 через масштабные блоки 5 и б, соответственПри измерении коэффициентов Фурье соответствующих п-ой составляющей одновременно с началом анализируемого сигнала Д (t )= I S(t )4с 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 сигнал, реализующий знаковые

На фиг. 2 приведен пример сигналов, вырабатываемых генератором для случая первых трех нечетных составляющих

2 nt

Ч „= sign sin, n=1р 3, 5 °

Сумма этих сигналов +9 фиг. 2r),,I нормируется по амплитуде и полярности и поступает на распределитель, являющийся частью генератора 4 и не показанный отдельно на фиг. 1 ° Выходной си гн ал (>$) э то го р аспре делит ел я по тактам его переключения показан на фиг. 2д. На каждом из тактов 1,2...,. N выходной импульс распределителя последовательно поступает на управляющие 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, с„) распределителя на вход сумматора 8 через первый блок умножения 3 поступает сигнал 3 (t ) через масштабный блок 6, который реализует для данного такта вес, равный сумме 1-(1/3 ) -(1/5 ) =0,8488889, а на втором такте t t, tz j через второй блок умножения 3 сигнал Д (с ) поступает на вход сумматора 8, но

y>ze с весом 12(1/3 ) +(1/5 ) =0,9288889, что следует из фиг. 2г, так как для

t ) первые две знаковые функции входят в весовой коэффициент со знаками плюс, а третья — с минусом.

Аналогичным образом сумМируе ся сигнал J(с ) на всех остальных тактах, в результате чего в сумматоре 8 Формируется сумма значений сигнала (с ) с соответствующими весами по каждому из тактов.

Описанное суммирование таким же образом осуществляется и для квадратурной составляющей и-ой гармо— ники. Работа повторяется и раз до окончания времени анализа Т, определяемого периодом основной частоты сигнала 5(с 1 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

982009 сумматоров 7 и 8 поступают на блоки усреднения 9 и 10, где по окончании интервала анализа образуются велйчины амплитуд синфазной 6 и квадратурной ад составляющих и -ой гармоники анализируемого сигнала S(с )

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 Й, но сам факт и существенность уменьшения этой погрешности является следствием исключения не- 15 обходимости вычитания близких по значению величин, как это имеет место в прототипе. Как видно из рассмотренного примера и математического обоснования в предлагаемом устройст- 20 ве при увеличении числа тактов каждый из весовых множителей изменяется на относительно малую величину по сравнению с ранее имевшейся. Из этого следует, что при одинаковом 25 с прототипом числе слагаемых предлагаемое устройство в 4 i4 раз менее чувствительно к увеличению числа слагаемых.

Кроме того, повышается помехозащищенность, 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 соответствуницих масштабных блоков, объединены и подключены к выходу соответствующего блока умножения, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с делью повышения точности, в устрой ство введены интегратор, генератор знаковых функций и два дополнитель ных 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

Авторское свидетельство СССР

Р 664157, кл. G 05 В 23/02, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 446073, кл, С 06 С 7/19, 1973 (прототип ).

982009

Составитель И. Дубинина

Редактор М.Петрова Техред К.Мыцьо Корректор С.Шекмар

Заказ 9713/б9 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4