RU106411U1

RU106411U1 - Анализатор спектра сигнала

Info

Publication number: RU106411U1
Application number: RU2011108352/08U
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Горковенко; Максим Юрьевич Дробышев; Иван Николаевич Медов; Георгий Львович Форсов
Original assignee: Межрегиональное общественное учреждение "Институт инженерной физики"
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2011-07-10

Abstract

1. Анализатор спектра сигнала, содержащий переключатель на два положения и последовательно соединенные между собой источник анализируемого сигнала, квантователь, умножитель, переключатель на m положений, m запоминающих элементов и сумматор, выход которого является выходом устройства, отличающийся тем, что содержит генератор тактовых импульсов, переключатель на n положений и делитель напряжения, n отводов которого подключены к соответствующим неподвижным контактам переключателя на n положений, подвижный контакт которого соединен со вторым входом умножителя, один крайний отвод делителя напряжения подсоединен к общей шине устройства, а другой крайний отвод делителя напряжения соединен с подвижным контактом переключателя на два положения, неподвижные контакты которого подключены к разнополярным клеммам источника постоянного тока, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам квантователя и переключателей на два, n и m положений. ! 2. Анализатор спектра сигнала, отличающийся тем, что генератор тактовых импульсов выполнен с удваивающейся частотой их следования в каждом последующем полупериоде.

Description

Полезная модель относится к области электроавтоматики и может быть использована в системах гармонического анализа электромагнитных сигналов, в частности анализа модулей гармонических составляющих Фурье.

Известно устройство для определения гармонических составляющих Фурье, содержащее вычислители разложения анализируемой величины по базисным функциям Уолша, масштабные блоки интерполяции гармонических компонент и генератор тактовых импульсов [1]. Недостаток известного устройства состоит в сложности технической реализации масштабных блоков и низкой точности вычислений первых по порядку гармонических коэффициентов Фурье.

Наиболее близким известным техническим решением в качестве прототипа является устройство для определения коэффициентов Фурье, содержащее переключатель на два положения и последовательно соединенные между собой источник анализируемого сигнала, квантователь, умножитель, переключатель на m положений, m запоминающих элементов и сумматор, выход которого является выходом устройства, кроме того, это известное устройство содержит две матрицы m²×n элементов задания весовых коэффициентов, два элемента ИЛИ на m² входов каждый и лого-метр, где m - число тактов квантования по времени анализируемого сигнала и n - порядковый номер гармоники Фурье [2].

Недостаток прототипа состоит в его ограниченных функциональных возможностях вычисления только значений коэффициентов Фурье а_n и b_n, в то время как для гармонического анализа требуется главным образом информация о модуле (амплитуде) гармонических составляющих Фурье, а не значения его коэффициентов a_n и b_n.

Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей анализатора спектра сигнала за счет вычисления модуля гармонических слагаемых Фурье без дополнительных вычислительных средств.

Сущность полезной модели состоит в том, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: переключателя на два положения и последовательно соединенных между собой источника анализируемого сигнала, квантователя, умножителя, переключателя на m положений, m запоминающих элементов и сумматора, выход которого является выходом устройства, предлагаемой анализатор спектра сигнала содержит генератор тактовых импульсов, переключатель на n положений и делитель напряжения, n отводов которого подключены к соответствующим неподвижным контактам переключателя на n положений, подвижный контакт которого соединен со вторым входом умножителя, один крайний отвод делителя напряжения подсоединен к общей шине устройства, а другой крайний отвод делителя напряжения соединен с подвижным контактом переключателя на два положения, неподвижные контакты которого подключены к разнополярным клеммам источника постоянного тока, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам квантователя и переключателей на два, n и m положений, при этом генератор тактовых импульсов выполнен с удваивающейся частотой их следования в каждом последующем полупериоде.

Новизна полезной модели заключается в том, что предлагаемый анализатор спектра сигнала содержит генератор тактовых импульсов, переключатель на n положений и делитель напряжения, n отводов которого подключены к соответствующим неподвижным контактам переключателя на n положений, подвижный контакт которого соединен со вторым входом умножителя, один крайний отвод делителя напряжения подсоединен к общей шине устройства, а другой крайний отвод делителя напряжения соединен с подвижным контактом переключателя на два положения, неподвижные контакты которого подключены к разнополярным клеммам источника постоянного тока, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам квантователя и переключателей на два, n и m положений, при этом генератор тактовых импульсов выполнен с удваивающейся частотой их следования в каждом последующем полупериоде, за счет чего обеспечивается расширение его функциональных возможностей.

Функциональная схема анализатора спектра сигнала изображена на чертеже, где обозначено: 1 - источник анализируемого сигнала x(t); 2 - квантователь m тактов; 3 - умножитель; 4 - переключатель на два положения; 5 - переключатель на m положений; 6 - блок m запоминающих элементов; 7 - сумматор; 8 - делитель напряжения; 9 - генератор тактовых импульсов (генератор).

В исходном положении источник 1 анализируемого сигнала подключен через квантователь 2 к одному входу умножителя 3. Неподвижные контакты переключателя 4 подключены к разнополярным клеммам источника постоянного тока. Выход умножителя 3 соединен через переключатель 5 и блок 6 запоминающих элементов с входами сумматора 7. Выход переключателя 8 подключен к входу умножителя 3, а вход переключателя 8 соединен с неподвижным контактом переключателя 4. Выход генератора тактовых импульсов 9 связан с управляющими входами квантователя 2 и переключателей 4 и 5.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Анализируемый сигнал x(t) в интервале 0≤t≤Т прерывается квантователем 2 с частотой прерывания , значение которой по теореме Котельникова целесообразно выбрано такой величины, чтобы не было потери информации о сигнале x(t) в паузах дискретизации. Частоту прерывания задает генератор 9.

Если интервал времени 0-Т прерывается четным числом m отрезков, то

При условии, что m=2n(i+1), где i=0, 1, 2, …, m-1.

Другой гармонический коэффициент Фурье в этом случае имеет значение:

Искомое значение модуля гармонической составляющей Фурье получается:

.

В каждом i-ом такте работы генератора 9 анализируемый сигнал квантуется с помощью квантователя 2 и в виде импульсов X_i, поступает на один вход умножителя 3, на другой вход которого подается разнополярное напряжение с выхода делителя 8. Переключатель 4 и делитель напряжения 8 реализуют множитель в искомом выражении С_n. Результат перемножения в виде импульсного сигнала на выходе умножителя 3 распределяется с помощью переключателя 5.1 на входы запоминающих элементов 6 для последующего их суммирования в сумматоре 7.

По завершению последнего из m тактовых импульсов на выходе генератора 9 предъявляется искомый результат С_n модуля гармонических составляющих Фурье для любого заданного значения n на выходе сумматора 7 и, кроме того, с помощью переключателя 5.2 осуществляется сброс накопленных величин в блоке 6 для приведения его в исходное состояние.

Промышленная осуществимость предлагаемого устройства обосновывается тем, что в нем используются типовые узлы и блоки по своему прямому, известному в аналоге [1] и прототипе [2], функциональному назначению. В организации - заявителе изготовлен действующий макет анализатора спектра сигнала в 2010 году.

Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что расширяются функциональные возможности анализатора спектра сигнала за счет вычисления модуля гармонических слагаемых Фурье без дополнительных вычислительных средств.

Литература:

1. Устройство для вычисления гармонических коэффициентов Фурье, Авт. свид. СССР на изобретение №590764, 1978 г., Бюллетень изобретений №4, 1978 г. (аналог).

2. Устройство для определения коэффициентов Фурье, авт. свид. СССР №1656562, МПК G06G 7/19, 1989 г. (прототип).

Claims

1. Анализатор спектра сигнала, содержащий переключатель на два положения и последовательно соединенные между собой источник анализируемого сигнала, квантователь, умножитель, переключатель на m положений, m запоминающих элементов и сумматор, выход которого является выходом устройства, отличающийся тем, что содержит генератор тактовых импульсов, переключатель на n положений и делитель напряжения, n отводов которого подключены к соответствующим неподвижным контактам переключателя на n положений, подвижный контакт которого соединен со вторым входом умножителя, один крайний отвод делителя напряжения подсоединен к общей шине устройства, а другой крайний отвод делителя напряжения соединен с подвижным контактом переключателя на два положения, неподвижные контакты которого подключены к разнополярным клеммам источника постоянного тока, выход генератора тактовых импульсов подключен к управляющим входам квантователя и переключателей на два, n и m положений.

2. Анализатор спектра сигнала, отличающийся тем, что генератор тактовых импульсов выполнен с удваивающейся частотой их следования в каждом последующем полупериоде.