RU2229725C1 - Technique of spectral analysis of periodic multifrequency signals - Google Patents
Technique of spectral analysis of periodic multifrequency signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2229725C1 RU2229725C1 RU2002130300/09A RU2002130300A RU2229725C1 RU 2229725 C1 RU2229725 C1 RU 2229725C1 RU 2002130300/09 A RU2002130300/09 A RU 2002130300/09A RU 2002130300 A RU2002130300 A RU 2002130300A RU 2229725 C1 RU2229725 C1 RU 2229725C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- analyzed
- periodic
- phase
- frequency
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области систем обработки информации и измерительной технике и может быть использовано для определения спектрального состава периодического многочастотного сигнала при решении разнообразных задач передачи информации на расстоянии, контроля работоспособности электротехнических и электромеханических устройств.The invention relates to the field of information processing systems and measuring equipment and can be used to determine the spectral composition of a periodic multi-frequency signal when solving various problems of transmitting information at a distance, monitoring the operability of electrical and electromechanical devices.
В измерительной технике известны различные способы определения спектрального состава периодического сигнала.In the measuring technique, various methods are known for determining the spectral composition of a periodic signal.
Известен способ спектрального анализа сигнала [Патент РФ 2039359, 09.07.1995], заключающийся в том, что сравнивают исследуемый сигнал с опорным синусоидальным сигналом частотой первой гармоники, многократно сдвигают по фазе один сигнал относительно другого, определяют мгновенные значения сигналов в определенные моменты времени, определяют модули отношения соответствующих мгновенных значений сигналов и по величинам отклонений этих модулей между собой определяют относительное содержание высших спектральных составляющих в исследуемом сигнале.A known method of spectral analysis of a signal [RF Patent 2039359, July 9, 1995], which consists in comparing the signal under study with a reference sinusoidal signal with a frequency of the first harmonic, repeatedly shifting one signal in phase relative to another, determining the instantaneous values of the signals at certain times, determining the modules of the ratio of the corresponding instantaneous values of the signals and from the values of the deviations of these modules between themselves determine the relative content of higher spectral components in the signal under study .
Недостатком известного способа является то, что исследуемый сигнал сравнивают только с опорным сигналом частотой первой гармоники, оставляя неучтенным влияние высших гармоник.The disadvantage of this method is that the signal under study is compared only with the reference signal with the frequency of the first harmonic, leaving unaccounted for the influence of higher harmonics.
Известен способ спектрального анализа сигнала [Патент РФ 2086991, 10.08.1997], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что формируют опорный синусоидальный сигнал с частотой первой гармоники, многократно сдвигают по фазе один сигнал относительно другого, для каждого сдвига фаз определяют модули корней квадратных соответствующих пар мгновенных значений входного сигнала и по абсолютным величинам отклонений модулей между собой определяют относительное содержание высших гармонических составляющих во входном сигнале.A known method of spectral analysis of the signal [RF Patent 2086991, 08/10/1997], selected as a prototype, which consists in the fact that they form a reference sinusoidal signal with a frequency of the first harmonic, repeatedly shift the phase of one signal relative to the other, for each phase shift determine the root modules the square corresponding pairs of instantaneous values of the input signal and the absolute values of the deviations of the modules between themselves determine the relative content of the higher harmonic components in the input signal.
Недостатком известного способа является то, что исследуемый сигнал сравнивают только с опорным сигналом частотой первой гармоники, и из-за этого можно неточно определить относительное содержание высших гармоник в исследуемом сигнале, особенно если нет уверенности, что все частоты высших гармоник кратны основной частоте.The disadvantage of this method is that the signal under study is compared only with the reference signal with the frequency of the first harmonic, and because of this, it is not possible to accurately determine the relative content of higher harmonics in the signal under investigation, especially if it is not certain that all frequencies of higher harmonics are multiples of the fundamental frequency.
Задачей изобретения является разработка универсального способа определения спектрального состава периодического многочастотного сигнала, содержащего спектральные составляющие любой частоты.The objective of the invention is to develop a universal method for determining the spectral composition of a periodic multi-frequency signal containing spectral components of any frequency.
Это достигается тем, что в способе спектрального анализа, включающем формирование опорного синусоидального сигнала, который многократно сдвигают по фазе один сигнал относительно другого, согласно изобретению для анализируемого периодического многочастотного сигнала а(tj) и опорного b0(tj)=Bmsin(ω0tj+φ0) сигнала с амплитудой Bm, представленных отсчетами мгновенных значений для одних и тех же моментов времениThis is achieved by the fact that in the method of spectral analysis, including the formation of a reference sinusoidal signal, which is repeatedly phase shifted one signal relative to another, according to the invention for the analyzed periodic multi-frequency signal a (t j ) and reference b 0 (t j ) = B m sin (ω 0 t j + φ 0 ) of a signal with amplitude B m represented by samples of instantaneous values for the same time instants
tj=t1, t2, tN,t j = t 1 , t 2 , t N ,
где N - число разбиений на периоде Т,where N is the number of partitions on the period T,
находят точки совместного решения α(b0) при различных круговых частотах опорного сигнала ω0 и фазах опорного сигнала φ0, строят вольт-амперные характеристики и определяют их площадь FBAX min, причем вывод о присутствии гармонической составляющей с круговой частотой ωK и фазой φК в анализируемом сигнале а(tj) делают, исходя из условия FBAX=0, затем определяют максимальную площадь вольт-амперной характеристики FBAX max К и при φК ± 90° и находят амплитуду К-той спектральной составляющей по формулеfind the joint solution points α (b 0 ) at various circular frequencies of the reference signal ω 0 and phases of the reference signal φ 0 , build current-voltage characteristics and determine their area F BAX min , and the conclusion about the presence of a harmonic component with a circular frequency ω K and phase φ K in the analyzed signal a (t j ) is done based on the condition F BAX = 0, then the maximum area of the current-voltage characteristic F BAX max K is determined and at φ K ± 90 ° and the amplitude of the K-th spectral component is found by the formula
где Where
ω1 - основная круговая частота,ω 1 - the main circular frequency,
далее по значениям ωK, φK и Amk судят о спектральном составе анализируемого сигнала а(tj).further on the values of ω K , φ K and A mk judge the spectral composition of the analyzed signal a (t j ).
Таким образом, способ спектрального анализа периодического многочастотного сигнала обладает рядом преимуществ, которые выражаются в том, что обеспечивается быстродействие, универсальность реализации способа и высокая точность вычислений.Thus, the method of spectral analysis of a periodic multi-frequency signal has several advantages, which are expressed in that it provides speed, versatility of the method and high accuracy of calculations.
На чертеже приведена аппаратная схема устройства, реализующего рассматриваемый способ спектрального анализа.The drawing shows a hardware diagram of a device that implements the considered method of spectral analysis.
В таблице приведены результаты проверки работоспособности предлагаемого способа спектрального анализа на сложном примере.The table shows the results of a test of the proposed method of spectral analysis using a complex example.
Способ может быть осуществлен с помощью схемы (см. чертеж), содержащей датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС), выход которого соединен с входом программатора площади вольт-амперной характеристики 2 (П), датчик опорного сигнала 3 (ДОС), один выход которого соединен с входом программатора площади вольт-амперной характеристики 2 (П), а второй - с входом блока памяти базы данных 4 (БД). Выход программатора площади вольт-амперной характеристики 2 (П) и выход блока памяти базы данных 4 (БД) соединены с входом делителя 5 (Д).The method can be implemented using a circuit (see drawing) containing a sensor of the analyzed signal 1 (DAS), the output of which is connected to the input of the programmer of the area of the current-voltage characteristic 2 (P), the sensor of the reference signal 3 (DOS), one output of which is connected with the input of the programmer of the area of the current-voltage characteristic 2 (P), and the second with the input of the database memory unit 4 (DB). The output of the programmer of the area of the current-voltage characteristic 2 (P) and the output of the database memory unit 4 (DB) are connected to the input of the divider 5 (D).
В качестве датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) и датчика опорного сигнала 3 (ДОС) может быть использован датчик тока - промышленный прибор КЭИ-0,1 или датчик напряжения - трансформатор напряжения (220/5 V). Программатор площади вольт-амперной 2 (П) и делитель 5 (Д) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Для временного хранения значений (блок памяти базы данных 4 (БД)) может быть использован блок внешней памяти данных AT25L256 (32 кбайта). Для работы пользователя может быть предусмотрена кнопочная клавиатура FT008, имеющая 8 кнопок, предназначенных для включения питания, запуска измерения, сохранения эталонного значения, и сегментный индикатор SCD55100 для вывода диагноза о присутствии в анализируемом сигнале гармонической составляющей, ее круговой частоты ωK, фазы φK и амплитуды Amk, если гармоническая составляющая в анализируемом сигнале действительно присутствует.As a sensor of the analyzed signal 1 (DAS) and a reference signal sensor 3 (DOS), a current sensor - an industrial device KEI-0.1 or a voltage sensor - a voltage transformer (220/5 V) can be used. The programmer of the area of the current-voltage 2 (P) and divider 5 (D) can be performed on the microcontroller of the 51 series atmel AT89S53. For temporary storage of values (database memory block 4 (DB)), an AT25L256 external data memory block (32 kbytes) can be used. For the user’s work, a FT008 button keyboard can be provided, which has 8 buttons designed to turn on the power, start measurement, save the reference value, and a segment indicator SCD55100 for diagnosing the presence of a harmonic component in its analyzed signal, its circular frequency ω K , phase φ K and amplitudes A mk if the harmonic component in the analyzed signal is really present.
С выхода датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) анализируемый сигнал, например,From the output of the sensor of the analyzed signal 1 (DAS) the analyzed signal, for example,
а(tj)=i(tj)=7,553 sin(ωtj+13,339°)+2,232 sin(2ωtj-6,856°)+2,605 sin(3ωtj+111,734°)+2,422 sin(4ωtj+13,852°)+1,71 sin(5ωtj-20,578°),a (t j ) = i (t j ) = 7.553 sin (ωt j + 13.339 °) +2.232 sin (2ωt j -6.856 °) + 2.605 sin (3ωt j + 111.734 °) +2.422 sin (4ωt j + 13.852 ° ) +1.71 sin (5ωt j -20.578 °),
где i(tj) - токовый многочастотный сигнал,where i (t j ) is the current multi-frequency signal,
tj=t1, t2, tN; tj = t 1 , t 2 , t N;
- число разбиений на периоде Т; - the number of partitions on the period T;
Δt=1·10-4 - дискретность массива значений сигнала а(tj),Δt = 1 · 10 -4 - discreteness of the array of signal values a (t j ),
поступает на вход программатора площади ВАХ 2 (П), одновременно с анализируемым сигналом с выхода датчика опорного сигнала 3 (ДОС) опорный сигнал видаthe reference signal of the form arrives at the input of the programmer of the area of the I – V characteristic 2 (P), simultaneously with the analyzed signal from the output of the reference signal sensor 3 (DOS)
b0(tj)=Bm sin(ω0tj+ω0),b 0 (t j ) = B m sin (ω 0 t j + ω 0 ),
например b0(tj)=10 sin(314tj+13,339°), с такой же дискретностью массива значений Δt, как у анализируемого сигнала, поступает нa вход программатора площади вольт-амперной характеристики 2 (П), а значение амплитуды опорного сигнала Bm=10 с выхода датчика опорного сигнала 3 (ДОС) поступает на вход блока памяти базы данных 4 (БД). В программаторе площади вольт-амперной характеристики 2 (П) строится вольт-амперная характеристика для этих сигналов, находится ее площадь FВАХ min по формуле для нахождения площади многоугольникаfor example, b 0 (t j ) = 10 sin (314t j + 13.339 °), with the same discreteness of the array of Δt values as the analyzed signal, the input of the programmer of the area of the current-voltage characteristic 2 (P) is supplied, and the value of the amplitude of the reference signal B m = 10 from the output of the reference signal sensor 3 (DOS) is fed to the input of the database memory block 4 (DB). In the programmer of the area of the volt-ampere characteristic 2 (P), the volt-ampere characteristic for these signals is built, its area F VAC min is found by the formula for finding the polygon area
[Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. - М.: Наука, 1980, стр. 381] и проверяется, соблюдается ли условие FBAX=0. В данном случае FBАX min=-6,2·10-7, что близко к 0, т.е. условие соблюдается. Круговая частота опорного сигнала ω0=ωK=314
С выхода делителя 5 (Д) снимают значения круговой частоты ωK, фазы φK и амплитуды K-той спектральной составляющей Amk. Для остальных составляющих анализируемого сигнала результаты сведены в таблице.From the output of the divider 5 (D), the values of the circular frequency ω K , phase φ K and the amplitude of the K-th spectral component A mk are taken. For the remaining components of the analyzed signal, the results are summarized in the table.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002130300/09A RU2229725C1 (en) | 2002-11-12 | 2002-11-12 | Technique of spectral analysis of periodic multifrequency signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002130300/09A RU2229725C1 (en) | 2002-11-12 | 2002-11-12 | Technique of spectral analysis of periodic multifrequency signals |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002130300A RU2002130300A (en) | 2004-05-20 |
RU2229725C1 true RU2229725C1 (en) | 2004-05-27 |
Family
ID=32679206
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002130300/09A RU2229725C1 (en) | 2002-11-12 | 2002-11-12 | Technique of spectral analysis of periodic multifrequency signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2229725C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2551400C1 (en) * | 2014-02-07 | 2015-05-20 | ООО предприятие "КОНТАКТ - 1" | Method of harmonic analysis of periodic multifrequency signal against the noise background |
RU2730043C1 (en) * | 2019-11-20 | 2020-08-14 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of spectral analysis of multifrequency periodic signals using compensation of combination components |
RU2787309C1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-01-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" | Method for identifying multisinusoidal digital signals |
-
2002
- 2002-11-12 RU RU2002130300/09A patent/RU2229725C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2551400C1 (en) * | 2014-02-07 | 2015-05-20 | ООО предприятие "КОНТАКТ - 1" | Method of harmonic analysis of periodic multifrequency signal against the noise background |
RU2730043C1 (en) * | 2019-11-20 | 2020-08-14 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of spectral analysis of multifrequency periodic signals using compensation of combination components |
RU2787309C1 (en) * | 2022-05-05 | 2023-01-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный университет" | Method for identifying multisinusoidal digital signals |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101701983A (en) | Power system interharmonic wave detection method based on MUSIC spectrum estimation and HBF neural network | |
RU2229725C1 (en) | Technique of spectral analysis of periodic multifrequency signals | |
KR940002720B1 (en) | Method and equipment for calibrating output levels of wave form analyzing apparatus | |
RU2229139C1 (en) | Method of spectral analysis of complex non-sinusoidal periodic signals presented by digital readings | |
RU2335778C1 (en) | Method of spectral analysis of periodic multiple frequency signals containing interharmonic and preset with digital reading | |
KR910012748A (en) | AC tester of IC tester | |
Giurgiutiu et al. | Development of a field-portable small-size impedance analyzer for structural health monitoring using the electromechanical impedance technique | |
CN1068679C (en) | Method and apparatus for certification of testing instrument for geophone | |
RU2360260C1 (en) | Method of spectral analysis of periodic multiple frequency signals, containing interharmonics and given by digital read-outs | |
RU2229140C1 (en) | Method of spectral analysis of multifrequency periodic signals presented by digital readings | |
RU67272U1 (en) | DEVICE FOR SPECTRAL ANALYSIS OF PERIODIC MULTI-FREQUENCY SIGNALS CONTAINING INTERHARMONICS AND DEFINED BY DIGITAL REPORTS | |
RU89243U1 (en) | DEVICE FOR SPECTRAL ANALYSIS OF PERIODIC MULTI-FREQUENCY SIGNALS REPRESENTED BY DIGITAL REPORTS | |
RU2231076C1 (en) | Procedure establishing frequency of line voltage | |
RU2379697C1 (en) | Method for spectral analysis of periodic multifrequency signals presented by digital counts | |
US7545155B2 (en) | Parallel AC measurement method | |
RU84572U1 (en) | DEVICE FOR SPECTRAL ANALYSIS OF PERIODIC MULTI-FREQUENCY SIGNALS REPRESENTED BY DIGITAL REPORTS | |
US20170307731A1 (en) | Digital radio frequency memory synthetic instrument | |
RU84573U1 (en) | DEVICE FOR SPECTRAL ANALYSIS OF PERIODIC MULTI-FREQUENCY SIGNALS REPRESENTED BY DIGITAL REPORTS | |
SU905874A1 (en) | Device for determining higher harmonics phase | |
RU2727390C1 (en) | Indicator of presence of nonlinear distortions in radio electronic systems | |
RU2075756C1 (en) | Method for harmonic analysis of signal for evaluation of expectation | |
RU2695025C1 (en) | Two-probe method of measuring phase shifts of distributed rc-structure | |
RU2086991C1 (en) | Method for spectral analysis of signals | |
RU2399060C1 (en) | Method of analysing multiple frequency signals containing hidden periodicity | |
Duchiewicz et al. | Simultaneous coherent measurement of many HF signals |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041113 |