RU2550309C1 - Device for signals analysis in real time - Google Patents
Device for signals analysis in real time Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550309C1 RU2550309C1 RU2013159003/28A RU2013159003A RU2550309C1 RU 2550309 C1 RU2550309 C1 RU 2550309C1 RU 2013159003/28 A RU2013159003/28 A RU 2013159003/28A RU 2013159003 A RU2013159003 A RU 2013159003A RU 2550309 C1 RU2550309 C1 RU 2550309C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- analog
- inputs
- bus
- output
- outputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения величин амплитуд и частот гармонических составляющих в исследуемых сигналах. В частности, предлагаемое устройство может быть использовано для формирования спектров при распознавании речи, формирования спектров при диагностике по шумовой составляющей работающих объектов, а также для формирования спектров акустических шумов при надводной и подводной навигациях.The proposed device relates to the field of measurement technology and can be used to measure the magnitudes of the amplitudes and frequencies of harmonic components in the studied signals. In particular, the proposed device can be used to form spectra for speech recognition, spectra for diagnostics of the noise component of working objects, as well as for the formation of acoustic noise spectra for surface and underwater navigation.
Известны устройства для анализа гармонических составляющих в сигналах, одно из которых содержит генератор тактовых импульсов, блок постоянной памяти, счетчики, формирователь импульсов, блок сдвига фазы, умножитель, интегратор, блок выделения абсолютной величины сигнала, амплитудный детектор [1], а второе содержит аналоговый фильтр нижних частот, аналого-цифровой преобразователь, два цифровых фильтра, два блока измерения частот, блоки вычитания, сумматор, умножитель, блок усреднения, блок синхронизации [2]. Общей особенностью этих устройств относительно низкая точность измерения величин амплитуд гармонических составляющих.Known devices for the analysis of harmonic components in signals, one of which contains a clock pulse generator, a constant memory unit, counters, a pulse shaper, a phase shift unit, a multiplier, an integrator, an absolute signal magnitude extraction unit, an amplitude detector [1], and the second contains an analog low-pass filter, analog-to-digital converter, two digital filters, two frequency measurement blocks, subtraction blocks, adder, multiplier, averaging block, synchronization block [2]. A common feature of these devices is the relatively low accuracy of measuring the amplitudes of the harmonic components.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому устройству является устройство для анализа сигналов в реальном масштабе времени [3], содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов с регулируемой частотой, счетчик формирования адреса, счетчик циклов, последовательно соединенные блок постоянной памяти, аналого-цифровой умножитель, аналоговый интегратор со сбросом, блок выделения абсолютной величины сигнала, входную шину, выходную шину, шину установки начальных условий, где входы блока постоянной памяти подключены к выходам счетчика формирования адреса, входная шина подключена к аналоговому входу аналого-цифрового умножителя, а шина установки начальных условий соединена с установочным входом счетчика формирования адреса, с установочным входом счетчика циклов, с входом сброса аналогового интегратора со сбросом, а также содержащее вторую группу узлов, состоящую из последовательно соединенного блока постоянной памяти, аналого-цифрового умножителя, аналогового интегратора со сбросом, блока выделения абсолютной величины сигнала, аналоговый сумматор, схему И, сигнальную шину завершения цикла вычислений, причем входы блока постоянной памяти подключены к выходам счетчика формирования адреса, аналоговый вход аналого-цифрового умножителя подключен к входной шине, а вход сброса аналогового интегратора со сбросом подключен к шине установки начальных условий, входы аналогового сумматора подключены к выходам блоков выделения абсолютной величины сигнала, выход аналогового сумматора подключен к выходной шине, входы схемы И подключены к выходам счетчика циклов, выход схемы И подключен к сигнальной шине завершения цикла вычислений при данной частоте.The closest technical solution to the proposed device is a device for analyzing signals in real time [3], containing a series-connected clock pulse generator with an adjustable frequency, an address generation counter, a cycle counter, a series-connected read-only memory block, an analog-to-digital multiplier, and an analog integrator with reset, absolute signal allocation unit, input bus, output bus, initial setting bus, where the inputs of the read-only memory block are are connected to the outputs of the address generation counter, the input bus is connected to the analog input of the analog-to-digital multiplier, and the initial conditions setting bus is connected to the setting input of the address forming counter, with the setting input of the cycle counter, with the reset input of the analog integrator with reset, and also containing the second group nodes, consisting of a series-connected block of read-only memory, an analog-to-digital multiplier, an analog integrator with a reset, an absolute signal magnitude allocation unit, analogs the adder, circuit I, the signal bus to complete the calculation cycle, the inputs of the permanent memory block being connected to the outputs of the address generation counter, the analog input of the analog-digital multiplier connected to the input bus, and the reset input of the analog integrator with reset connected to the initial setting bus, inputs the analog adder is connected to the outputs of the blocks for highlighting the absolute value of the signal, the output of the analog adder is connected to the output bus, the inputs of the circuit And are connected to the outputs of the loop counter, the output of the circuit And under It is connected to the signal bus to complete the calculation cycle at a given frequency.
Это устройство принято в качестве прототипа.This device is adopted as a prototype.
Недостатком прототипа является относительно низкая точность определения величин амплитуд гармонических составляющих в исследуемых сигналах, которая обусловлена ориентацией конструкции устройства и соответственно применением в устройстве только двух сканирующих синусоидальных сигналов.The disadvantage of the prototype is the relatively low accuracy of determining the magnitudes of the amplitudes of the harmonic components in the studied signals, which is due to the orientation of the device design and, accordingly, the use of only two scanning sinusoidal signals in the device.
Технический результат предлагаемого изобретения направлен на повышение точности определения величин амплитуд гармонических составляющих в исследуемых сигналах за счет применения большего количества сканирующих синусоидальных сигналов при выполнении спектрального анализа. Это достигается тем, что в известное устройство для анализа сигналов в реальном масштабе времени, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов с регулируемой частотой, счетчик формирования адреса и счетчик циклов, две группы узлов, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок постоянной памяти, аналого-цифровой умножитель, аналоговый интегратор со сбросом и блок выделения абсолютной величины сигнала, а также содержащее аналоговый сумматор, схему И, входную шину, выходную шину, шину установки начальных условий и шину завершения цикла вычислений, где входы блоков постоянной памяти подключены к выходам счетчика формирования адреса, выходы блоков выделения абсолютной величины сигнала подключены к входам аналогового сумматора, входы схемы И подключены к выходам счетчика циклов, выход схемы И подключен к шине завершения цикла вычислений, входная шина подключена к аналоговым входам аналого-цифровых умножителей, шина установки начальных условий подключена к установочным входам счетчика формирования адреса, к установочным входам счетчика циклов и к входам сброса аналоговых интеграторов со сбросом, дополнительно введено к-2 групп узлов, каждая из которых содержит последовательно соединенные блок постоянной памяти, аналого-цифровой умножитель, аналоговый интегратор со сбросом и блок выделения абсолютной величины сигнала, где к - общее количество сканирующих синусоидальных сигналов при выполнении спектрального анализа, а также введены дополнительный аналоговый сумматор и выходной аналоговый сумматор, где входы введенных в состав устройства блоков постоянной памяти соединены с выходами счетчика формирования адреса, аналоговые входы аналого-цифровых умножителей подключены к входной шине, выходы блоков выделения абсолютной величины сигнала подключены к входам дополнительного аналогового сумматора, выходы аналогового сумматора и дополнительного аналогового сумматора подключены к входам выходного аналогового сумматора, входы сброса аналоговых интеграторов со сбросом подключены к шине установки начальных условий, а выход выходного аналогового сумматора подключен к выходной шине. Это позволяет повысить точность определения величин амплитуд гармонических составляющих в исследуемых сигналах за счет применения при выполнении спектрального анализа большего количества сканирующих синусоидальных сигналов.The technical result of the invention is aimed at improving the accuracy of determining the magnitudes of the amplitudes of the harmonic components in the studied signals through the use of a larger number of scanning sinusoidal signals when performing spectral analysis. This is achieved by the fact that in the known device for analyzing signals in real time, containing a series-connected clock pulse generator with an adjustable frequency, an address generation counter and a cycle counter, two groups of nodes, each of which contains a series-connected read-only memory block, analog-digital a multiplier, an analog integrator with a reset, and an absolute signal separation unit, as well as an analog adder, circuit I, input bus, output bus, installation bus conditions and the bus for completing the calculation cycle, where the inputs of the permanent memory blocks are connected to the outputs of the address generation counter, the outputs of the absolute signal allocation blocks are connected to the inputs of the analog adder, the inputs of the circuit And are connected to the outputs of the cycle counter, the circuit output And is connected to the bus for completing the calculation cycle , the input bus is connected to the analog inputs of analog-to-digital multipliers, the initial conditions setting bus is connected to the installation inputs of the address generation counter, to the installation inputs of the count a loop of cycles and to the reset inputs of analog integrators with a reset, an additional 2 groups of nodes are introduced, each of which contains a series-connected unit of read-only memory, an analog-digital multiplier, an analog integrator with a reset and a block for extracting the absolute value of the signal, where k is the total number scanning sinusoidal signals when performing spectral analysis, and also introduced an additional analog adder and an output analog adder, where the inputs of the permanent memory blocks entered into the device connected to the outputs of the address generation counter, the analog inputs of the analog-digital multipliers are connected to the input bus, the outputs of the absolute signal separation blocks are connected to the inputs of the additional analog adder, the outputs of the analog adder and the additional analog adder are connected to the inputs of the output analog adder, the reset inputs of analog integrators with by reset are connected to the initial setting conditions bus, and the output of the output analog adder is connected to the output bus. This makes it possible to increase the accuracy of determining the magnitudes of the amplitudes of harmonic components in the studied signals due to the use of a larger number of scanning sinusoidal signals when performing spectral analysis.
Вычисление величин амплитуд гармонических составляющих при данной величине циклической частоты в устройстве-прототипе выполняется в соответствии с формулой:The calculation of the amplitudes of the harmonic components at a given value of the cyclic frequency in the prototype device is performed in accordance with the formula:
в которой f(τ) - исследуемый сигнал, sin(ωτ) и
В [3,4] показано, что относительная погрешность определения величин амплитуд в соответствии с формулой (1) может достигать величинь δ≈21%, что может быть неприемлемо для некоторых практических приложений.It was shown in [3,4] that the relative error in determining the magnitudes of the amplitudes in accordance with formula (1) can reach δ≈21%, which may be unacceptable for some practical applications.
При введении двух, четырех и шести дополнительных сканирующих сигналов определение величин амплитуд синусоидальных составляющих в предлагаемом устройстве осуществляется по следующим формулам:With the introduction of two, four and six additional scanning signals, the determination of the amplitudes of the sinusoidal components in the proposed device is carried out according to the following formulas:
В этих формулах в первых строках содержится формула (1), т.е. формула, на основе которой осуществляется работа устройства-прототипа. Последующие строки в формулах (2)-(4) содержат записи вспомогательных сканирующих синусоидальных сигналов, которые сдвинуты по начальной фазе относительно исходных сканирующих синусоидальных сигналов в формуле (1) соответственно с величинами шага
Обоснование справедливости формул (2)-(4) и соответственно результаты проверки справедливости этих формул посредством моделирования приводятся в [4].The justification of the validity of formulas (2) - (4) and, accordingly, the results of checking the validity of these formulas by modeling are given in [4].
Структурная схема устройства изображена на фиг.1. Устройство для анализа сигналов в реальном масштабе времени содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов 1 с регулируемой частотой, счетчик формирования адреса 2, счетчик циклов 3, два блока постоянной памяти 4 и 5, последовательно соединенные с каждым из блоков постоянной памяти 4 и 5 аналого-цифровые умножители 6, аналоговые интеграторы со сбросом 7, блоки выделения абсолютной величины сигнала 8, а также содержит аналоговый сумматор 9, схему И 10, входную шину 11, шину установки начальных условий 12, выходную шину 13, сигнальную шину 14 завершения вычислений при данной частоте, где входы блоков постоянной памяти 4 и 5 подключены к выходам счетчика формирования адреса 2, выходы блоков выделения абсолютной величины сигнала 8 подключены к входам аналогового сумматора 9, выходы счетчика циклов 3 подключены к входам схемы И 10, входная шина подключена к аналоговым входам аналого-цифровых умножителей 6, шина установки начальных условий 12 соединена с установочным входом счетчика формирования адреса 2, с установочным входом счетчика циклов 3, с входами сброса аналоговых интеграторов со сбросом 7, а к выходу схемы И 10 подключена сигнальная шина 14 завершения вычислений при данной частоте, а также согласно изобретению содержит введенные в устройство к-2 блоков постоянной памяти 15, где к - общее количество сканирующих синусоидальных сигналов в устройстве, последовательно соединенные с каждым из к-2 блоков постоянной памяти 15, аналого-цифровые умножители 16, аналоговые интеграторы со сбросом 17, блоки выделения абсолютной величины сигнала 18, а также дополнительный аналоговый сумматор 19 и выходной аналоговый сумматор 20, где входы блоков постоянной памяти 15 подключены к выходам счетчика формирования адреса 2, выходы блоков выделения абсолютной величины сигнала 18 подключены к входам дополнительного аналогового сумматора 19, а выходы аналогового сумматора 9 и дополнительного аналогового сумматора 19 подключены к входам выходного аналогового сумматора 20, входная шина 11 подключена к аналоговым входам аналого-цифровых умножителей 16, шина установки начальных условий 12 соединена с входами сброса аналоговых интеграторов со сбросом 17, а выходная шина 13 подключена к выходу выходного аналогового сумматора 20.The block diagram of the device shown in figure 1. A device for analyzing signals in real time contains a series-connected clock generator 1 with an adjustable frequency, an address generation counter 2, a cycle counter 3, two read-only memory blocks 4 and 5, connected in series with each of the read-only memory blocks 4 and 5, analog-to-digital multipliers 6, analog integrators with a reset 7, blocks for extracting the absolute value of signal 8, and also contains an analog adder 9, circuit I 10, input bus 11, initial setting bus 12, output bus 13, signal a bus 14 for completing calculations at a given frequency, where the inputs of the permanent memory blocks 4 and 5 are connected to the outputs of the counter for generating address 2, the outputs of the blocks for allocating the absolute value of signal 8 are connected to the inputs of the analog adder 9, the outputs of the loop counter 3 are connected to the inputs of circuit I 10, the input bus is connected to the analog inputs of the analog-to-digital multipliers 6, the initial conditions setting bus 12 is connected to the installation input of the address generation counter 2, with the installation input of the cycle counter 3, with analog input reset inputs tegrarators with a reset of 7, and to the output of circuit I 10 a signal bus 14 for completing calculations at a given frequency is connected, and also according to the invention contains k-2 read-only memory blocks 15 inserted into the device, where k is the total number of scanning sinusoidal signals in the device, connected in series with each of the k-2 blocks of read-only memory 15, analog-to-digital multipliers 16, analog integrators with a reset 17, blocks for extracting the absolute value of the signal 18, as well as an additional analog adder 19 and an output analog sum OR 20, where the inputs of the permanent memory blocks 15 are connected to the outputs of the counter for generating the address 2, the outputs of the blocks for allocating the absolute value of the signal 18 are connected to the inputs of the additional analog adder 19, and the outputs of the analog adder 9 and the additional analog adder 19 are connected to the inputs of the output analog adder 20, the input bus 11 is connected to the analog inputs of the analog-to-digital multipliers 16, the initial setting bus 12 is connected to the reset inputs of the analog integrators with reset 17, and the output bus 13 is sub yuchena output to the output of the analog adder 20.
Генератор тактовых импульсов 1 с регулируемой частотой - генератор прямоугольных импульсов любой известной конструкции с частотой F, регулируемой в заданном диапазоне частот F1≤F≤F2. Счетчики 2 и 3 - счетчики прямого счета, имеющие n1 и n2 двоичных разрядов соответственно. Счетчик 2 предназначен для формирования последовательностей двоичных адресов с разрядностью ni в диапазоне значений от 00…0 до 11…1, а счетчик циклов 3 предназначен для подсчета количества сформированных последовательностей адресов в упомянутом диапазоне. Блоки постоянной памяти 4 и 5 предназначены для хранения в цифровом виде и соответственно для выдачи последовательностей значений основных сканирующих синусоидальных сигналов sin(ωt) и
Работает устройство следующим образом. На генераторе тактовых импульсов 1 с регулируемой частотой вручную или с помощью микроЭВМ устанавливается частота F, обеспечивающая генерацию сигналов sin(ωt) и
На аналоговых интеграторах со сбросом 17 формируются интегралы
Эффективность рассматриваемого устройства можно проиллюстрировать на следующих примерах. Моделирование непосредственно показало [4], что при использовании двух вспомогательных сканирующих синусоидальных сигналов, т.е. при использовании формулы (2) относительная погрешность определения величин амплитуд в исследуемых сигналах уменьшается до δ≈5%. При использовании четырех вспомогательных сканирующих синусоидальных сигналов, т.е. при использовании формулы (3) относительная погрешность определения величин амплитуд в исследуемых сигналах уменьшается до δ≈3%. При использовании шести вспомогательных сканирующих синусоидальных сигналов, т.е. при использовании формулы (4) относительная погрешность определения величин амплитуд в исследуемых сигналах уменьшается до δ≈2%, т.е. уменьшается приблизительно на порядок.The effectiveness of the device in question can be illustrated by the following examples. The simulation directly showed [4] that when using two auxiliary scanning sinusoidal signals, i.e. when using formula (2), the relative error in determining the magnitudes of the amplitudes in the studied signals decreases to δ≈5%. When using four auxiliary scanning sinusoidal signals, i.e. when using formula (3), the relative error in determining the magnitudes of the amplitudes in the studied signals decreases to δ≈3%. When using six auxiliary scanning sinusoidal signals, i.e. when using formula (4), the relative error in determining the magnitudes of the amplitudes in the studied signals decreases to δ≈2%, i.e. decreases by about an order of magnitude.
Источники информации Information sources
1. Авт.св. СССР №1812518.1. Auto USSR No. 1812518.
2. Патент РФ №2018144.2. RF patent No. 2018144.
3. Патент РФ №2404438.3. RF patent No. 2404438.
4. Любомудров А.А., Башков А.А. Подход к повышению точности определения амплитуд синусоидальных составляющих в исследуемых сигналах при спектральном анализе. Труды научной сессии НИЯУ МИФИ-2010. В 6 томах. Том V. Информационно-телекоммуникационные системы. Проблемы информационной безопасности. М.: НИЯУ МИФИ, 2010.4. Lyubomudrov A.A., Bashkov A.A. An approach to improving the accuracy of determining the amplitudes of sinusoidal components in the studied signals in spectral analysis. Proceedings of the scientific session of NRNU MEPhI-2010. In 6 volumes. Volume V. Information and telecommunication systems. Information Security Issues. M.: NRNU MEPhI, 2010.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013159003/28A RU2550309C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Device for signals analysis in real time |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013159003/28A RU2550309C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Device for signals analysis in real time |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2550309C1 true RU2550309C1 (en) | 2015-05-10 |
Family
ID=53293925
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013159003/28A RU2550309C1 (en) | 2013-12-30 | 2013-12-30 | Device for signals analysis in real time |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2550309C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2652523C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-04-26 | Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации | Probabilistic device for calculating spectral density of signal |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0498121A2 (en) * | 1991-02-04 | 1992-08-12 | Analog Devices, Incorporated | Real-time signal analysis apparatus and method for digital signal processor emulation |
EP1676222A2 (en) * | 2003-10-04 | 2006-07-05 | Alexei V. Nikitin | Method and apparatus for real-time signal analysis |
RU2404438C1 (en) * | 2009-06-02 | 2010-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ"(НИЯУ МИФИ) | Signal real-time analysis device |
-
2013
- 2013-12-30 RU RU2013159003/28A patent/RU2550309C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0498121A2 (en) * | 1991-02-04 | 1992-08-12 | Analog Devices, Incorporated | Real-time signal analysis apparatus and method for digital signal processor emulation |
EP1676222A2 (en) * | 2003-10-04 | 2006-07-05 | Alexei V. Nikitin | Method and apparatus for real-time signal analysis |
RU2404438C1 (en) * | 2009-06-02 | 2010-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ"(НИЯУ МИФИ) | Signal real-time analysis device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2652523C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-04-26 | Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Черноморское высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище имени П.С. Нахимова" Министерства обороны Российской Федерации | Probabilistic device for calculating spectral density of signal |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101806832B (en) | Measuring method for frequencies of low-frequency signals | |
RU168373U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING FREQUENCY OF THREE-PHASE SINUSOIDAL VOLTAGE | |
RU2550309C1 (en) | Device for signals analysis in real time | |
US8860505B2 (en) | Lock-in amplifier with phase-synchronous processing | |
JPS5819068B2 (en) | Denshiki Denryokuriyokei | |
Toral et al. | Reactive power and energy measurement in the frequency domain using random pulse arithmetic | |
CN201773147U (en) | Circuit for calculating virtual value of commercial electricity voltage | |
RU2404438C1 (en) | Signal real-time analysis device | |
WO2023005248A1 (en) | Frequency response measurement system based on harmonic wave, and method | |
Vujičić et al. | Concept of stochastic measurements in the Fourier domain | |
US9513319B1 (en) | Systems, methods, and devices for energy and power metering | |
RU2331078C1 (en) | Method of determining phase displacement angle between two signals | |
RU131496U1 (en) | HARMONIC ANALYZER | |
RU2256928C2 (en) | Method for measuring non-stability of frequency and device for realization of said method | |
RU2239842C1 (en) | Method for measurement of direct component of signal | |
Serov et al. | Application of Simulink for the Study of Dual-Slope ADC | |
RU2046360C1 (en) | Device for measuring phase shift between two signals | |
RU2725678C2 (en) | Integrating analogue-to-digital voltage converter | |
SU928252A1 (en) | Method and device for measuring phase shift | |
SU903919A1 (en) | Graphic information readout device | |
SU911363A1 (en) | Automatic digital meter of harmonic coefficient | |
RU2551837C2 (en) | Phase meter with heterodyne conversion of frequency | |
SU495614A1 (en) | Method for measuring electrical power | |
SU540224A1 (en) | Digital phase meter | |
Jbari et al. | Referenced Approximation Technique for a Rom-Less Sweep Frequency Synthesizer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201231 |