SU1164620A1 - Цифровой анализатор спектра - Google Patents

Description

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в радиотехнике, акустике и технике связи.

Известен цифровой анализатор 5

спектра, содержащий блок управления, преобразователь напряжения в число импульсов, реверсивный счетчик и индикатор [1

Недостатком данного устройства Ю является ограниченная область применения измеряемого спектра по функциям Хаара, так как для решения большого числа задач необходимо измерять гармонический спектр сиг- 15 налов.

Наиболее близок к предлагаемому дискретный анализатор квадратурных составляющих гармонического спектра,

содержащий соединенные с входом 20

блок управления и преобразователь напряжения в число импульсов, аттенюатор, электронный переключатель, два реверсивных счетчика и два индикатора М ' 25

Недостатком известного устройства является низкая точность оценки спектральных составляющих, связанная с грубой четырехуровневой аппроксимацией опорного сигнала./Применение зо фильтра нижних частот для уменьшения погрешностей от нечетных гармоник приводит к сужению частотного диапазона анализируемых сигналов. . Отсутствие на индикаторах постоянно ₃₅ воспроизводимых значений спектральных составляющих из-за индикации состояния выходов счетчиков, осуществляювщх непрерывный процесс вычисления, затрудняет работу с устрой-₄₀ ством.

Цель изобретения - увеличение точности.анализа и расширение полосы частот исследуемых сигналов.

Для достижения указанной цели 45 в цифровой анализатор спектра,содержащий соединенные с входом блок управления и преобразователь напряжения в число импульсов, а также два реверсивных счетчика и два инди- 50 катора, дополнительно введены два цифроуправляемых делителя частоты,два блока памяти и цифровой генератор квадратурных гармонических колебаний, первые и вторые выходы 55 которого связаны с первыми входами цифроуправляемых делителей частоты, вторые выходы которых соединены

Ϊ20 2

между собой и с выходом преобразователя напряжения в число импульсов, а выходы - с первыми входами реверсивных счетчиков, выходы которых связаны с входами индикаторов через соответствующие блоки памяти, вторые входы которых связаны с первым выходом блока управления и с первым входом цифрового генератора квадратурных гармонических колебаний, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а третий и четвертый выходы упомянутого генератора - с вторым и третьим входами блока управления, четвертый выход которого соединен с вторыми входами реверсивных счетчиков, а пятый и шестой выходы блока управления - с третьими входами соответствующих реверсивных счетчиков.

Кроме того, блок управления выполнен в виде блока выделения знака напряжения, выход которого соединён с первыми входами двух элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, последовательно соединенных формирователя логи-, ческого сигнала и формирователя короткого импульса, умножителя частоты и блока задержки импульсов,причем вход блока выделения знака соединен с первым входом блока управления , вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с вторым и третьим входами блока., а выходы с пятыми шестым выходами блока управления , выход формирователя короткого импульса 'соединен с первым выходом блока и входом блока задержки импульсов, выход последнего - с четвертым выходом блока, выход умножителя частоты - с вторым выходом блока управления, а вход умножителя частоты - с входом формирователя логического сигнала и вторым входом блока управления.

На чертеже приведена функциональная схема цифрового анализатора спектра.

Устройство состоит из преобразователя 1 напряжения в число импульсов , цифроуправляемых делителей 2 и 3 частоты, генератора 4 квадратурных гармонических колебаний: индикаторов 5 и 6, блоков 7 и 8 памяти, реверсивных счетчиков 9 и 10 и блока 11 управления. Выходы генератора 4 соединены с установочными выходами цифроуправляемых делите1164620

лей 2 и 3 частоты, выходы которых соединены с информационными входами реверсивных счетчиков 9 и 10 соответственно, а частотные входы делителей соединены между собой и с 5

выходом преобразователя 1 напряжения в число импульсов. Выходы счетчиков 9 и 10 подключены к входам блоков 7 и 8 памяти, выходы которых, в свою очередь, соединены 16

с индикаторами 5 и 6 соответствен- . но. Второй и третий входы блока 11 управления соединены со знаковыми выходами генератора 4, первый вход блока 11 с входом преобразователя 15

I напряжения в число импульсов, второй выход блока 11 - с тактовым входом генератора 4, пятый и шестой выходы блока 11 - с входами управления направлением счета ревер- 20 сивных счетчиков 9 и 10 соответственно, первый выход блока 11 - с управляющими входами блоков 7 и 8 памяти и /устанавливающим входом генератора 4, четвертый выход блока 25

II - с обнуляющими “входами .реверсивных счетчиков 9 и 10.

Блок 1 Г. управления содержит блок 12 выделения напряжения, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 и 14, фор- ₃₀ мирователь 15 логического сигнала, формирователь 16 короткого импульса, умножитель 17 частоты и блок 18 задержки импульсов. Вход блока 12 является первым входом блока 11, а ₃₅ его выход, соединен с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 и 14, вторые входы которых являются соответственно вторым и третьим входами, а выходы - пятым и шестым выходами блока 11. Выход формирователя 15 логического сигнала подсоединен к входу формирователя 16 короткого импульса, выход которого является первым выходом блока 11 и ₄₅ соединен с входом блока 18 задержки, выход которого является четвертым выходом блока 11. Выход умножителя частоты 17 является вторым выходом блока 11, а вход умножителя 17 сое- ₅₀ динен с входом формирователя 15 и является синхронизирующим входом блока 11 управления.

Работа анализатора основана на реализации преобразования Фурье над ₅₅ входным сигналом.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал преобразуется в число импульсов (т.е. частоты повторения импульсов £_Вх) преобразователем 1. Генератор 4 синхронизирован по частоте с помощью блока 11 управления с к-й гармоникой входного сигнала. Величины частот на выходах цифроуправляемых делителей 2 и 3 частоты имеют значения:

^£вых⁼ А- Л

^£вь<х = -^^£вх ^с°5^ки^ > где η - разрядность делителей

частоты.

Реверсивные счетчики 9 и 10, направление счета которых определяется блоком 11 управления в зависимости от знаков величины входного сигнала и генерируемых опорных напряжений, осуществляют операцию, которая может быть определена как алгебраическая сумма пачек импульсов с выходов делителей 2 и 3 соответственно.

В соответствии с этим .и с выражением (1), коды на выходах счетчиков имеют вид:

х =

А V ', ⁽²⁾

7= Ζ_ £ ₍ С05 Χωί· ,

А_

л П

ВХ

где £ _Вх. - значение выходной частоты преобразователя 1 в момент времени 1: .

Блоки 7 и 8 памяти осуществляют запись сигналов о состоянии счетчиков 9 и 10 соответственно в моменты времени, соответствующие концу периода входного несинусоидального сигнала. В результате, значения выходных кодов блоков памяти соответствуют коэффициентам ряда Фурье:

с»5

где х(с) - анализируемый процесс.

В начале следующего периода входного сигнала счетчики 9 и 10 обнуляются импульсами от блока 11 управ·

1 164620

ления и процесс определения коэффициентов повторяется. Синхрониза- ’ ция работы блоков анализатора спектра осуществляется блоком 11 управления, на второй вход которого должен подаваться синхросигнал с частотой, равной частоте первой гармоники анализируемого процесса.

С помощью формирователя 15 логического сигнала синхросигнал нормируется по уровню с целью обеспечения возможности работы с цифровы-_ ми модулями блока 11 управления и поступает на вход формирователя 16 короткого импульса, который выделяет конец периода исследуемого процесса в виде импульса, длительность которого пренебрежимо мала по сравнению с периодом повторения, однако достаточна, для записи информации с выходов реверсивных счетчиков в блоки 7 и 8 памяти и для приведения в начальное состояние генератора 4,

В начале каждого периода входного сигнала счетчики 9 и 10 должны быть обнулены, что осуществляется сигналом, подаваемым с выхода блока 18 задержки импульсов. Задержка необходима для того, чтобы до обнуления счетчиков информация с их выходов была переписана в блоки памяти без ошибок. В то же время задержка не должна быть значительной,чтобы не внести погрешность в вычисление коэффициентов спектральных составляющих. Выходной сигнал блока 12 выделения знака входного напряжения поступает на первые входы двух логических элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 и 14, на вторые входы которых подаются сигналы знаковых выходов' генератора 4. ,

Цифровой генератор 4 квадратурных гармонических колебаний должен выдавать на своих выходах коды, меняющиеся во времени по синусоидальному и косинусоидальному законам, причем

изменение знаков генерируемых колебаний должно быть отображено изменением логических сигналов на специальных знаковых выходах генерато- . ра.

• Управление направлением счета счетчиков 9 и 10 с выходов элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и 13 соответственно позволяет правильно учитывать знаки опорных и входного сигналов при реализации операции, соответствующей выражению (2). На тактовый вход генератора 4 поступает сигнал с выхода умножителя 17 частоты. Умножитель частоты выполняет в данном случае двоякую задачу. Во-пер вых, он путем изменения коэффициента умножения позволяет менять номер анализируемой анализатором гармоники входного процесса. Во-вторых, умножитель частоты позволяет скомпенсировать понижение частоты генерируемого напряжения по сравнению с тактовой, которое принципиально имеет место в любых типах цифровых генераторов функции в силу наличия в них разворачивающего счетчика импульсов.

Таким образом, указанное соединение элементов обеспечивает получение коэффициентов спектральных составляющих гармонического ряда без методической погрешности. Точеность анализатора определяется только 'разрядностью применяемых делителей, счетчиков и генератора. Частотный диапазон йсследуемых сигналов зависит от быстродействия преобразователя напряжения в число импульсов и имеет естественную обратную зависимость от точности. Значения, отображаемые на индикаторах, меняются один раз за период измеряемого сигнала, и при стационарном сигнале представляют собой постоянные вели,чины. Последнее значительно повышает удобство работы с устройством.

1164620

5

ЖЖ-ЗГ

ЖЖ ж

τ-Э 1

ЖЖ-ж

···

** *

$ 10

еда

ί 16

ж1с ж

Спг

11

Claims (2)

1. ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий соединенные с входом блок управления и преобразователь напряжения в число импульсов, а также два реверсивных счетчика и два индикатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности анализа и расширения полосы частот исследуемых сигналов, в него введены два цифроуправляемых делителя частоты, два блока памяти и цифровой генератор квадратурных гармонических колебаний, первые и вторые выходы которого связаны с первыми входами цифроуправляемых делителей частоты, вторые входы которых соединены между собой и с выходом преобразова, теля напряжения в число импульсов а выходы - с первыми входами реверсивных счетчиков, выхода которых связаны с входами индикаторов через соответствующие блоки памяти, вторые входы которых связаны с первым выходом блока управления и первым

входом цифрового генератора квадратурных гармонических колебаний, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а третий и четвертый выходы упомянутого генератора - с вторыми третьим входами блока управления, четвертый выход которого соединен с вторыми входами реверсивных счетчиков, а пятый и шестой выходы блока управления - с третьими входами соответствующих реверсивных счетчиков.

2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что блок управления выполнен в виде блока выделения знака напряжения, -выход которого соединен с первыми входами двух элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, последовательно соединенных формирователя логического сигнала и формирователя короткого импульса, умножителя частоты и блока задержки импульсов, причем вход блока выделения знака соединён с первым входом блока управления, вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с вторым и третьим входами блока, а выходы - с пятым и шестым выходами блока управления, выход формирователя короткого импульса соединен с первым выходом блока и входом блока задержки импульсов, выход последнего - с четвертым выходом блока, выход умножителя частоты - с вторым выходом блока управления, а вход умножителя частоты с входом формирователя логического сигнала и вторым входом блока управления.

, 51) ,,,,1164620

1 116<