RU2379697C1 - Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами - Google Patents

Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами Download PDF

Info

Publication number
RU2379697C1
RU2379697C1 RU2008148440/28A RU2008148440A RU2379697C1 RU 2379697 C1 RU2379697 C1 RU 2379697C1 RU 2008148440/28 A RU2008148440/28 A RU 2008148440/28A RU 2008148440 A RU2008148440 A RU 2008148440A RU 2379697 C1 RU2379697 C1 RU 2379697C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
area
frequencies
current
values
Prior art date
Application number
RU2008148440/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Ефрем Иосифович Гольдштейн (RU)
Ефрем Иосифович Гольдштейн
Евгений Валерьевич Радаев (RU)
Евгений Валерьевич Радаев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет"
Priority to RU2008148440/28A priority Critical patent/RU2379697C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2379697C1 publication Critical patent/RU2379697C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области систем обработки информации и измерительной технике. Для исходного и опорного сигнала, представленных отсчетами мгновенных значений одних и тех же моментов времени, находят точки совместного решения при различных круговых частотах опорного сигнала. При этом опорный и исходный сигнал задают отсчетами мгновенных значений. Для исходного сигнала определяют производную. Далее для точек совместного решения производной исходного и опорного сигналов определяют площадь вольтамперной характеристики. Выявляют максимальное значение площади вольтамперной характеристики при различных фазах. Также для точек совместного решения исходного и опорного сигналов определяют площадь вольтамперной характеристики. Выявляют максимальное значение амплитуды при различных фазах. О спектральном составе сигнала судят по значениям амплитуд, круговой частоты опорного сигнала и фазы. Эти значения либо передают на ЭВМ, либо выводят на дисплей. Технический результат сводится к расширению арсенала средств аналогичного назначения. 5 ил., 3 табл.

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.
Известен способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами [Патент РФ 2229725, МПК7 G01R 23/16, опубл. 12.11.2002], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в формировании опорного синусоидального сигнала, который многократно сдвигают по фазе один сигнал относительно другого. Для анализируемого периодического многочастотного сигнала a(ti) и опорного b0(tj)=Вmsin(ω0tj+φ0) сигнала с амплитудой Вm, представленных отсчетами мгновенных значений для одних и тех же моментов времени tj=t1,t2,..,tN, где N - число разбиений на периоде Т, находят точки совместного решения а(b0) при различных круговых частотах опорного сигнала ω0 и фазах опорного сигнала φ0. Строят вольтамперные характеристики и определяют их площадь
Figure 00000001
причем вывод о присутствии гармонической составляющей с круговой частотой ωk и фазой φk в анализируемом сигнале a(ti) делают, исходя из условия FBAX=0. Затем определяют максимальную площадь вольтамперной характеристики
Figure 00000002
при φk=±90° и находят амплитуду К-й спектральной составляющей по формуле
Figure 00000003
где
Figure 00000004
ω1 - основная круговая частота.
Далее по значениям ωk, φk и
Figure 00000005
судят о спектральном составе анализируемого сигнала a(ti).
Недостатком известного способа является то, что у него недостаточная чувствительность при выявлении частотных составляющих с малыми амплитудами.
Задачей изобретения является расширение арсенала средств аналогичного назначения.
Это достигается тем, что в способе спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, также как в прототипе, для исходного a(ti) и опорного b0(ti) сигнала, представленных отсчетами мгновенных значений одних и тех же моментов времени ti=t1,t2,..,tN, находят точки совместного решения а(b0) при различных круговых частотах опорного сигнала
Figure 00000006
и фазах опорного сигнала
Figure 00000007
определяют их площадь
Figure 00000008
Согласно изобретению исходный a(ti) и опорный b0(ti) сигнал задают отсчетами мгновенных значений, при
Figure 00000009
где Δt - шаг дискретизации;
N - количество точек отсчета за время выборки сигнала tN.
Для исходного сигнала a(ti) определяют производную
Figure 00000010
Одновременно для частот
Figure 00000011
(рад/с) с заданным шагом
Δω0 формируют опорный сигнал
Figure 00000012
при этом принимают
Figure 00000013
Определяют площадь вольтамперной характеристики для точек совместного решения
Figure 00000014
Figure 00000015
Выявляют максимальное значение площади вольтамперной характеристики при различных фазах
Figure 00000016
выделяют частоты
Figure 00000017
при которых
Figure 00000018
где
Figure 00000019
- максимальное значение площади вольтамперных характеристикам при различных частотах
Figure 00000020
k - коэффициент фильтрации в процентах. Для выделенных частот
Figure 00000021
определяют опорный сигнал b0(ti) для рассматриваемой частоты
Figure 00000022
Figure 00000023
при этом принимают
Figure 00000024
После чего определяют площадь вольтамперной характеристики для точек совместного решения а(b0)
Figure 00000025
и определяют амплитуду
Figure 00000026
где
Figure 00000027
- частота в Гц.
Выявляют максимальное значение амплитуды при различных фазах
Figure 00000028
значения
Figure 00000029
соответствующие максимальному значению амплитуды при различных фазах
Figure 00000030
запоминают. О спектральном составе сигнала судят по значениям Amk, φk, ωk и их либо передают на ЭВМ, либо выводят на дисплей.
Заявленный способ спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, имеет существенные преимущества, поскольку повышает чувствительность выявления частотных составляющих с малыми амплитудами за счет того, что выявляют частоты по спектру производной исходного сигнала, так как известно, что чувствительность - способность выделить и определить параметры спектральной составляющей с малой амплитудой [Функциональный контроль и диагностика электротехнических систем и устройств по цифровым отсчетам мгновенных значений тока и напряжения/ под редакцией Е.И Гольдштейна - Томск: Изд. «Печатная мануфактура», 2003, с.89].
На фиг.1 приведена аппаратная схема устройства, реализующего рассматриваемый способ определения периода.
На фиг.2 приведена осциллограмма тестового исходного сигнала.
На фиг.3 приведена осциллограмма производной тестового исходного сигнала.
На фиг.4 приведена зависимость значения площади вольтамперной характеристики от частоты.
На фиг.5 приведена зависимость амплитуды от частоты.
В табл.1 приведены параметры тестового исходного сигнала.
В табл.2 приведены выявленные частоты и соответствующие значения площади вольтамперной характеристики.
В табл.3 приведены результаты определения параметров тестового исходного сигнала.
Заявленный способ может быть осуществлен с помощью схемы (фиг.1), содержащей датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС), который подключен к объекту, сигнал которого исследуется. К датчику анализируемого сигнала 1 (ДАС) последовательно подключены дифференциатор 2 (Д), программатор определения площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), первый датчик опорного сигнала 4 (ДОС1). При этом к программатору определения площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ) последовательно подключены первый программатор 5 (П1), второй датчик опорного сигнала 6 (ДОС2), программатор амплитудного значения по вольтамперной характеристике 7 (АВАХ), второй программатор 8 (П2), который связан с дисплеем или ЭВМ (не показано на фиг.1.). Датчик опорного сигнала 1 (ДАС) соединен с программатором амплитудного значения по вольтамперной характеристике 7 (АВАХ), а первый программатор 5 (П1) соединен со вторым программатором 8 (П2).
В качестве датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) может быть использован датчик тока - промышленный прибор КЭИ-0,1, или датчик напряжения - трансформатор напряжения (220/5В). Программатор площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), программатор амплитудного значения 7 (АВАХ), дифференциатор 2 (Д), первый и второй программаторы 5 (П2) и 8 (П2), первый и второй датчики опорного сигнала 4 (ДОС1) и 6 (ДОС2) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Для работы пользователя может быть предусмотрена кнопочная клавиатура FT008, имеющая 8 кнопок.
С выхода датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) исходный сигнал a(t,) заданный отсчетами мгновенных значений в моменты времени
tl,t2,..,ti,.., tN;
t2-t1=t3-t2=tN-tN-1=…=Δt;
Figure 00000031
где Δt - шаг дискретизации;
N - количество точек отсчета за время выборки сигнала tN,
поступает на вход программатора определения амплитудного значения по вольтамперной характеристике 2 (АВАХ) и дифференциатора 2 (Д). В дифференциаторе 2 (Д) для исходного сигнала а(ti) определяют производную
Figure 00000032
и передают на программатор площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), одновременно с первого датчика анализируемого сигнала 4 (ДОС1) для частот
Figure 00000033
(рад/с) с заданным шагом Δω0 формируют опорный сигнал
Figure 00000034
при этом принимают
Figure 00000035
длина массива N и шаг дискретизации Δt принимают равными соответствующим параметрам исходного сигнала а(ti), затем полученный опорный сигнал b0(ti) подают на программатор площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), где определяют площадь вольтамперной характеристики для точек совместного решения
Figure 00000037
Выявляют максимальное значение площади вольтамперной характеристики при различных фазах
Figure 00000016
максимальные значение площадей вольтамперной характеристики
Figure 00000038
при различных фазах и соответствующие значения частот
Figure 00000039
передают на первый программатор 5 (П1). В первом программаторе 5 (П1) выделяют частоты
Figure 00000040
при которых
Figure 00000041
где
Figure 00000042
- максимальное значение площади вольтамперных характеристикам при различных частотах
Figure 00000043
k - коэффициент фильтрации в процентах. Выделенные частоты
Figure 00000044
передают на второй датчик опорного сигнала 6 (ДОС2) и на второй программатор 8 (П2). Во втором датчике опорного сигнала 6 (ДОС2) для частот
Figure 00000044
определяют опорный сигнал b0(ti) для рассматриваемой частоты
Figure 00000044
Figure 00000045
при этом принимают
Figure 00000046
длину массива N и шаг дискретизации Δt принимают равными соответствующим параметрам исходного сигнала a(ti). Затем определяют площадь вольтамперной характеристики для точек совместного решения а(b0)
Figure 00000047
и определяют амплитуду
Figure 00000048
где
Figure 00000049
- частота в Гц.
В программаторе определения амплитудного значения по вольтамперной характеристике 2 (АВАХ) выявляют максимальное значение амплитуды при различных фазах max[Amk(φ0k)], максимальное значение амплитуды Аmk и соответствующее значение фазы φk=φ0k передают на второй программатор 8 (П2), где их запоминают вместе со значением ωk=ω0k из первого программатора 5 (П1). После определения амплитуд Amk и фаз φk для всех значений частоты ω0k на выход второго программатора 8 (П2) подают сигнал о готовности результатов спектрального анализа. О спектральном составе сигнала судят по значениям Amk,φk, ωk и их либо передают на ЭВМ, либо выводят на дисплей.
Для проверки работоспособности предложенной процедуры провели спектральный анализ тестового сигнала напряжения (параметры сигнала приведены в табл.1).
a(ti)=u(ti)=10·sin(2π·50·ti+45)+0,1·sin(2π·400·ti+30)+0,05·sin(2π·800·ti-20), A.
Для этого рассчитали массив мгновенных значений для N=10000 точек исходного сигнала с шагом дискретизации Δt=10-4c(tN=l c) (осциллограмма тестового исходного сигнала приведена на фиг.2). В дифференциаторе 2 (Д) для исходного сигнала a(ti) определяют производную (см. фиг.3). Для частот (1,2..900)·2π (рад/с) формируют опорный сигнал и определяют максимальные площади вольтамперной характеристики
Figure 00000050
(см. фиг.4). В программаторе 5 (П1) выделяют частоты
Figure 00000051
например
для ωm=400·2π (рад/с) (QBAX(400·2π)=49709,83)
QBAX(400·2π)≥96138,8561·40%=38455,5424
где
Figure 00000052
Выделенные частоты
Figure 00000053
и значения QBAX представлены в табл.2. Во втором датчике опорного сигнала 6 (ДОС2) для частот
Figure 00000053
определяют опорный сигнал b0(ti) для рассматриваемой частоты
Figure 00000051
при этом принимают
Figure 00000054
Затем определяют площадь вольтамперной характеристики и определяют максимальную амплитуду при различных фазах, например для
Figure 00000055
Figure 00000056
Результаты спектрального анализа тестового сигнала представлены в табл.3 и фиг.5. Убедиться в увеличении чувствительности можно по полученным значениям характеристик QBAX(ωm) и Аm(ωm) (см. фиг.4, 5). Таким образом, на фиг.4 видно, что значения QBAX(ωm) имеют большее значение по сравнению с аналогичными значениями характеристики Аm(ωm), причем этот эффект проявляется все больше с ростом задаваемой частоты ωm.
Figure 00000057
Figure 00000058
Figure 00000059

Claims (1)

  1. Способ спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, заключающийся в том, что для исходного a(ti) и опорного b0(ti) сигналов, представленных отсчетами мгновенных значений одних и тех же моментов времени ti=t1, t2, …, tN, находят точки совместного решения а(b0) при различных круговых частотах опорного сигнала ω0k и фазах опорного сигнала φ0k определяют площадь их вольт-амперной характеристики QBAXk, отличающийся тем, что исходный a(ti) и опорный b0(ti) сигналы задают отсчетами мгновенных значений при
    Figure 00000060

    где Δt - шаг дискретизации;
    N - количество точек отсчета за время выборки сигнала tN, для исходного сигнала
    a(ti) определяют производную
    Figure 00000061

    одновременно для частот ω01…ω0m…ω0n (Рад/с) с заданным шагом Δω0 формируют опорный сигнал
    Figure 00000062

    при этом принимают φ0m=-180..(φ0m+Δφ0m)..180, определяют площадь вольтамперной характеристики для точек совместного решения
    Figure 00000063

    Figure 00000064

    выявляют максимальное значение площади вольт-амперной характеристики при различных фазах max[QBAXm(φ0m)], выделяют частоты φ0k, при которых
    QBAX(φ0m)≥QBAXmax·k,
    где QBAXmax=max[QBAXm(φ0m)] - максимальное значение площади вольт-амперных характеристик при различных частотах ω0m, k - коэффициент фильтрации, %, для выделенных частот ω0k определяют опорный сигнал b0(ti) для рассматриваемой частоты ω0k
    Figure 00000065

    при этом принимают φ0k=-180..(φ0k+Δφ0)..180, после чего определяют площадь вольт-амперной характеристики для точек совместного решения a(b0)
    Figure 00000066

    и определяют амплитуду
    Figure 00000067

    где
    Figure 00000068
    - частота, Гц,
    выявляют максимальное значение амплитуды при различных фазах max[Amk(φ0k)], значения Аmk, φk=φ0k, φk=ω0k, соответствующие максимальному значению амплитуды при различных фазах max[Amk(φ0k)], запоминают, о спектральном составе сигнала судят по значениям Amk, φk, φk и их либо передают на ЭВМ, либо выводят на дисплей.
RU2008148440/28A 2008-12-08 2008-12-08 Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами RU2379697C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148440/28A RU2379697C1 (ru) 2008-12-08 2008-12-08 Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008148440/28A RU2379697C1 (ru) 2008-12-08 2008-12-08 Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2379697C1 true RU2379697C1 (ru) 2010-01-20

Family

ID=42120940

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008148440/28A RU2379697C1 (ru) 2008-12-08 2008-12-08 Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2379697C1 (ru)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4879646B2 (ja) 測定機器及び自己相関トリガ発生方法
US6970738B1 (en) Complex impedance spectrometer using parallel demodulation and digital conversion
WO2009002120A2 (en) Measuring instrument for a resistive electric leakage current
EP3588110A1 (en) Partial discharge measurement system
EP1710591A1 (en) Magnetic bridge electric power sensor
RU2379697C1 (ru) Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами
RU2360260C1 (ru) Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, содержащих интергармоники и заданных цифровыми отсчетами
RU84573U1 (ru) Устройство для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами
KR100771939B1 (ko) 대지저항성 누전전류 측정기
RU2399919C1 (ru) Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами
RU2672527C1 (ru) Способ измерения напряженности электростатического поля
RU2335778C1 (ru) Способ спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, содержащих интергармоники и заданных цифровыми отсчетами
RU2482517C1 (ru) Трассопоисковый приемник
RU2405163C1 (ru) Способ частотно-временного корреляционного анализа цифровых сигналов
RU89243U1 (ru) Устройство для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами
RU67272U1 (ru) Устройство для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, содержащих интергармоники и заданных цифровыми отсчетами
RU84991U1 (ru) Устройство для определения периода многочастотных сигналов с интергармониками, представленных цифровыми отсчетами
RU2229725C1 (ru) Способ спектрального анализа периодического многочастотного сигнала
JP2004093416A (ja) 電圧・電流計測装置
RU2229139C1 (ru) Способ спектрального анализа сложных несинусоидальных периодических сигналов представленных цифровыми отсчетами
KR100771583B1 (ko) 대지저항성 누전전류 측정기
RU2229140C1 (ru) Способ спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами
RU75244U1 (ru) Устройство для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, содержащих интергармоники и заданных цифровыми отсчетами
RU84575U1 (ru) Устройство для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами
RU67273U1 (ru) Устройство для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, содержащих интергармоники и заданных цифровыми отсчетами

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101209