RU2550309C1 - Device for signals analysis in real time - Google Patents

Device for signals analysis in real time Download PDF

Info

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
Application number
RU2013159003/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Александрович Башков
Алексей Алексеевич Любомудров
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ)
Priority to RU2013159003/28A priority Critical patent/RU2550309C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2550309C1 publication Critical patent/RU2550309C1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: device additionally contains 2 additional assembly groups, each of them contains connected in series ROM unit, analogue-digital multiplier, analogue integrator with reset, and block of absolute signal value determination, where k is total number of scanning sine signals during spectrum analysis, and including of the additional analogue summation unit and output analogue summation unit, where inputs of the included ROM units are connected with outputs of the address generating counter, analogue inputs of the analogue-digital multipliers are connected to the input busbar, outputs of units of signal absolute value determination are connected to inputs of additional analogue summation unit.
EFFECT: increased accuracy of measurements of harmonic component amplitudes.
1 dwg

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:

Figure 00000001
Figure 00000001

в которой f(τ) - исследуемый сигнал, sin(ωτ) и sin ( ω τ + π 2 )

Figure 00000002
- два сканирующих синусоидальных сигнала с циклической частотой ω и с начальными фазами, отличающимися на π 2
Figure 00000003
, A - искомая амплитуда гармонической составляющей в исследуемом сигнале на частоте ω, t - текущее время.in which f (τ) is the signal under investigation, sin (ωτ) and sin ( ω τ + π 2 )
Figure 00000002
- two scanning sinusoidal signals with a cyclic frequency ω and with initial phases differing by π 2
Figure 00000003
, A is the desired amplitude of the harmonic component in the signal under study at a frequency ω, t is the current time.

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:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

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 Δ ϕ 1 = π 4

Figure 00000007
, Δ ϕ 2 = π 6
Figure 00000008
, Δ ϕ 3 = π 8
Figure 00000009
. В общем случае, при применении в устройстве к сканирующих синусоидальных сигналов, из которых два являются основными и применяются в устройстве-прототипе, а к-2 из которых являются вспомогательными и применяются в предлагаемом устройстве для повышения точности измерения величин амплитуд гармонических составляющих в исследуемых сигналах, величины шага сдвига начальных фаз Δφ вспомогательных сигналов относительно основных равны соответственно Δ ϕ = π к
Figure 00000010
.In these formulas, the first lines contain formula (1), i.e. the formula on the basis of which the prototype device is operated. The subsequent lines in formulas (2) - (4) contain records of auxiliary scanning sinusoidal signals that are shifted in the initial phase relative to the initial scanning sinusoidal signals in formula (1), respectively, with step sizes Δ ϕ one = π four
Figure 00000007
, Δ ϕ 2 = π 6
Figure 00000008
, Δ ϕ 3 = π 8
Figure 00000009
. In the General case, when applied to the device for scanning sinusoidal signals, of which two are the main ones and are used in the prototype device, and k-2 of which are auxiliary and are used in the proposed device to improve the accuracy of measuring the magnitudes of the amplitudes of the harmonic components in the studied signals, the values of the pitch of the initial phases Δφ of the auxiliary signals relative to the main ones are respectively Δ ϕ = π to
Figure 00000010
.

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 sin ( ω t + π 2 )

Figure 00000011
, а блоки постоянной памяти 15 предназначены для хранения в цифровом виде и соответственно для выдачи в соответствии с формулами (2)-(4) последовательностей значений вспомогательных синусоидальных сигналов sin ( ω t + π к )
Figure 00000012
и sin ( ω t + π 2 + π к )
Figure 00000013
соответственно на периоде T, где 0≤Т≤2π, ω = 2 π T
Figure 00000014
- циклическая частота, t - текущее время. Эти блоки имеют по n1 входов, по m выходов, емкость по 2 n 1
Figure 00000015
m - разрядных двоичных слов и реализуются на основе микросхем БИС ПЗУ. Аналого-цифровые умножители 6 и 16 реализуются на основе множительных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Аналоговые интеграторы со сбросом 7 и 17, блоки выделения абсолютной величины сигнала 8 и 18, аналоговые сумматоры 9 и 19, а также выходной аналоговый сумматор 20 являются аналоговыми блоками и реализуются по одной из известных схем. Схема И предназначена для фиксации момента завершения формирования требуемого количества l последовательностей двоичных адресов с разрядностью n1. При выработке требуемого количества последовательностей адресов (циклов) на счетчике циклов 3 формируется двоичный код, равный по величине требуемому количеству циклов. Единицы этого кода расположены в определенных и заранее известных разрядах, к которым изначально подключаются входы схемы И 10.An adjustable frequency clock generator 1 is a rectangular pulse generator of any known design with a frequency F adjustable in a given frequency range F 1 ≤F≤F 2 . Counters 2 and 3 are direct counters having n 1 and n 2 binary digits, respectively. Counter 2 is used to generate sequences of binary addresses with bit depth ni in the range of values from 00 ... 0 to 11 ... 1, and counter 3 is used to count the number of generated sequences of addresses in the mentioned range. The blocks of read-only memory 4 and 5 are intended for digital storage and, respectively, for issuing sequences of values of the main scanning sinusoidal signals sin (ωt) and sin ( ω t + π 2 )
Figure 00000011
, and blocks of read-only memory 15 are intended for digital storage and, accordingly, for issuing in accordance with formulas (2) - (4) sequences of values of auxiliary sinusoidal signals sin ( ω t + π to )
Figure 00000012
and sin ( ω t + π 2 + π to )
Figure 00000013
respectively, on the period T, where 0≤T≤2π, ω = 2 π T
Figure 00000014
- cyclic frequency, t - current time. These blocks have n 1 inputs, m outputs, capacity 2 n one
Figure 00000015
m - bit binary words and are implemented on the basis of chips LSI ROM. Analog-to-digital multipliers 6 and 16 are implemented on the basis of digital-to-analog converters (DACs). Analog integrators with a reset of 7 and 17, blocks extracting the absolute value of the signal 8 and 18, analog adders 9 and 19, and the output analog adder 20 are analog blocks and are implemented according to one of the known schemes. Scheme AND is intended to fix the moment of completion of the formation of the required number l of sequences of binary addresses with a bit length of n 1 . When generating the required number of sequences of addresses (cycles), a binary code is generated on the cycle counter 3, which is equal in value to the required number of cycles. The units of this code are located in certain and previously known bits, to which the inputs of the And 10 circuit are initially connected.

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 sin ( ω t + π 2 )

Figure 00000011
, sin ( ω t + π к )
Figure 00000016
и sin ( ω t + π 2 + π к )
Figure 00000013
на блоках постоянной памяти 4, 5 и 16 с заданной циклической частотой ω. Далее подается импульс на шину установки начальных условий 12, производящий сброс счетчика формирования адреса 2, счетчика циклов 3, аналоговых интеграторов со сбросом 7 и 17, и производится включение генератора тактовых импульсов 1. При включении генератора тактовых импульсов 1 на счетчике формирования адреса 2 последовательно во времени формируются n1-разрядные двоичные адреса в диапазоне от 00…0 до 11…1. Количество циклов формирования адресов в указанном диапазоне подсчитывается счетчиком циклов 3. По сформированным на счетчике формирования адреса 2 адресам из блоков постоянной памяти 4, 5 и 15 выбираются хранящиеся в них значения базовых синусоидальных сканирующих сигналов sin(ωt) и sin ( ω t + π 2 )
Figure 00000011
и в соответствии с формулами (2)-(4) значения вспомогательных синусоидальных сигналов sin ( ω t + π к )
Figure 00000016
и sin ( ω t + π 2 + π к )
Figure 00000013
. На аналого-цифровых умножителях 6 и 16 формируются произведения f(t)·sin(ωt), f ( t ) sin ( ω t + π 2 )
Figure 00000017
, f ( t ) sin ( ω t + π к )
Figure 00000018
, f ( t ) sin ( ω t + π 2 + π к )
Figure 00000019
. На аналоговых интеграторах со сбросом 7 формируются интегралы 0 t f ( t ) sin ( ω t ) d t
Figure 00000020
и 0 t f ( t ) sin ( ω t + π 2 ) d t
Figure 00000021
.The device operates as follows. On the clock generator 1 with an adjustable frequency manually or using a microcomputer, the frequency F is set, which ensures the generation of signals sin (ωt) and sin ( ω t + π 2 )
Figure 00000011
, sin ( ω t + π to )
Figure 00000016
and sin ( ω t + π 2 + π to )
Figure 00000013
on blocks of permanent memory 4, 5 and 16 with a given cyclic frequency ω. Next, a pulse is sent to the initial setting bus 12, resetting the counter for generating address 2, the counter for cycles 3, analog integrators with resetting 7 and 17, and turning on the clock generator 1. When turning on the clock generator 1 on the counter for generating address 2 in sequence time, n 1 -bit binary addresses are formed in the range from 00 ... 0 to 11 ... 1. The number of address generation cycles in the specified range is calculated by a cycle counter 3. Using the addresses generated on the address generation counter 2, from the read-only memory blocks 4, 5 and 15, the values of the basic sinusoidal scanning signals sin (ωt) and sin ( ω t + π 2 )
Figure 00000011
and in accordance with formulas (2) - (4) the values of auxiliary sinusoidal signals sin ( ω t + π to )
Figure 00000016
and sin ( ω t + π 2 + π to )
Figure 00000013
. The products f (t) · sin (ωt) are formed on analog-digital multipliers 6 and 16, f ( t ) sin ( ω t + π 2 )
Figure 00000017
, f ( t ) sin ( ω t + π to )
Figure 00000018
, f ( t ) sin ( ω t + π 2 + π to )
Figure 00000019
. On analog integrators with reset 7 integrals are formed 0 t f ( t ) sin ( ω t ) d t
Figure 00000020
and 0 t f ( t ) sin ( ω t + π 2 ) d t
Figure 00000021
.

На аналоговых интеграторах со сбросом 17 формируются интегралы 0 t f ( t ) sin ( ω t + π к ) d t

Figure 00000022
и 0 t f ( t ) sin ( ω t + π 2 + π к ) d t
Figure 00000023
. На блоках выделения абсолютной величины сигнала 8 и 18 формируются модули интегралов. На аналоговых сумматорах 9, 19 и 20 вычисляется сумма этих модулей, величина которой в виде напряжения поступает на выходную шину 13. При завершении генерации на блоках постоянной памяти 4, 5 и 15 требуемого количества l периодов синусоидальных сигналов, где величина l, как отмечалось выше, вводится посредством соответствующего подключения входов схемы И 10 к выходам счетчика циклов 3, на сигнальную шину 14 завершения цикла вычислений при данной частоте ω с выхода схемы И 10 поступает сигнал. По этому сигналу производится считывание и соответственно запись величины выходного сигнала с шины 13 на соответствующее регистрирующее устройство. Величина считываемого выходного сигнала согласно (1) пропорциональна величине амплитуды А синусоидальной составляющей при исходно установленной циклической частоте ω. При работе в автоматическом режиме, т.е. при управлении работой устройства с помощью микроЭВМ, сигнал с сигнальной шины 14 о завершении цикла вычислений используется также для установки счетчиков и интеграторов устройства в начальное состояние и в качестве сигнала для микроЭВМ о формировании очередной частоты ω.On analog integrators with reset 17 integrals are formed 0 t f ( t ) sin ( ω t + π to ) d t
Figure 00000022
and 0 t f ( t ) sin ( ω t + π 2 + π to ) d t
Figure 00000023
. Modules of integrals are formed on the blocks for extracting the absolute value of the signal 8 and 18. On analogue adders 9, 19 and 20, the sum of these modules is calculated, the value of which is supplied in the form of voltage to the output bus 13. Upon completion of generation on the permanent memory blocks 4, 5 and 15 of the required number l of periods of sinusoidal signals, where the value of l, as noted above , is entered by means of the corresponding connection of the inputs of the And 10 circuit to the outputs of the cycle counter 3, a signal is received from the output of the And 10 circuit to the signal bus 14 of the completion of the calculation cycle at a given frequency ω. This signal reads and accordingly records the magnitude of the output signal from bus 13 to the corresponding recording device. The value of the readout output signal according to (1) is proportional to the magnitude of the amplitude A of the sinusoidal component at the initially set cyclic frequency ω. When working in automatic mode, i.e. when controlling the operation of the device using a microcomputer, the signal from the signal bus 14 about the completion of the calculation cycle is also used to set the counters and integrators of the device to the initial state and as a signal for the microcomputer to generate the next frequency ω.

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)

Устройство для анализа сигналов в реальном масштабе времени, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов с регулируемой частотой, счетчик формирования адреса, 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, отличающееся тем, что в состав устройства введено дополнительно 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. A device for analyzing signals in real time, containing a series-connected clock pulse generator with an adjustable frequency, an address generation counter, a cycle counter, two groups of nodes, each of which contains a permanent memory block, an analog-digital multiplier, an analog integrator with a reset and an absolute signal allocation unit, as well as an analog adder, AND circuit, input bus, output bus, initial condition setting bus, and cycle completion bus calculations, 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 circuit inputs AND are connected to the outputs of the loop counter, the circuit output AND is connected to the bus to complete the calculation cycle, the input bus is connected to the analog inputs of analog-to-digital multipliers, the initial setting bus is connected to the installation inputs of the address generation counter, to the installation inputs of the cycle counter and to the analog reset inputs output integrators with a reset, characterized in that an additional k-2 groups of nodes are introduced into the device, each of which contains a sequentially connected read-only memory block, an analog-to-digital multiplier, an analog integrator with a reset and an absolute signal allocation block, where k is the total the number of scanning sinusoidal signals when performing spectral analysis, and also introduced an additional analog adder and an output analog adder, where the inputs of the blocks of constant the numbers are connected to the outputs of the address generation counter, the analog inputs of the analog-to-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, reset inputs of analog integrators with reset are connected to the initial setting conditions bus, and the output of the output analog adder is connected to the output bus.
RU2013159003/28A 2013-12-30 2013-12-30 Device for signals analysis in real time RU2550309C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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