Устройство для определения когерентного спектра мощности выходного сигнала объекта

 

Изобретение относится к анализатору гармонических составляющих с помощью фильтров и предназначено для выявления связей между случайными процессами. Цель изобретения - повышение точности определения когерентного спектра сигнала объекта, который в сумме и разности усредняется . Для этого в устройство введен узкополосный фильтр 21, квадратор 22, интегратор 23, усилитель 24 с переменным коэффициентом усиления, инвертор 25, сумматор 26, усилитель 14 с переменным коэффициентом усиления, квадраторы 5 и 15. Устройство содержит также сумматоры 1, 6, 10 и 17, фильтры 2, 7, 11 и 18, квадраторы 3, 8,12 и 19, инверторы 9 и 20, интеграторы 4, 13 и 16 и регистрирующий прибор 27. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 23/ 16

ГОСУДДРСТ8ЕННЫИ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

11& 5I 3 @

&&&& & "&1 "", 1 ", &:я pf Я

&& ЕУ

-,/. с 11

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21 ) 4680586/21 (221 20.03.89 (46) 23.08.92, Бюл. № 31 (71) Коммунарский горно-металлургический институт (72) Н.Я.Портной (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1534412, кл . 6 01 R 23/16, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОГЕРЕНТНОГО СПЕКТРА МОЩНОСТИ

ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к анализатору. гармонических составляющих с помощью фильтров и предназначено для выявления

„„5U„,1756830 А1

2 связей между случайными процессами, Цель изобретения — повышение точности определения когерентного спектра сигнала объекта, который в сумме и разности усредняется. Для этого в устройство введен узкополосный фильтр 21, квадратор 22, интегратор 23, усилитель 24 с переменным коэффициентом усиления, инвертор 25, сумматор 26, усилитель 14 с переменным коэффициентом усиления;"квадраторы 5 и 15, Устройство содержит также сумматоры 1, 6, 10 и 17, фильтры 2, 7, 11 и 18, квадраторы 3, 8, 12 и 19, инверторы 9 и 20, интеграторы 4, 13 и 16 и регистрирующий прибор 27. 1 ил, 1756830

Изобретение относится к измерению электрических величин, к устройствам и способам измерения спектральных составляющих, в частности к анализаторам гармонических составляющих с помощью фильтров, и предназначено для выявления связей между случайными процессами.

Цель изобретения — повышение точности определения когерентного спектра мощности выходного сигнала обьекта, На чертеже представлена функциональная схема устройства для оценки когерентного спектра мощности выходного сигнала обьекта.. Устройство содержит последовательно соединенные и образующие первый канал первый сумматор 1 на базе операционного усилителя с коэффициентом усиления 0,5, первый узкополосный фильтр 2, первый квадратор 3, первый интегратор 4, квадратор 5, последовательно соединенные и об-. разующие второй канал второй сумматор 6 на базе операционного усилителя с коэффициентом усиления 1, второй узкополосный фильтр 7, второй квадратор 8, первый инвертор 9, последовательно соединенные и образующие третий канал третий сумматор

10 на базе операционного усилителя с коэффициентом усиления 0,5, третий узкополосный фильтр 11, третий квадратор 12, второй интегратор 13, второй усилитель 14 с переменным коэффициентом усиления, шестой квадратор 15, последовательно соединенные и образующие четвертый канал третий интегратор 16, сумматор 17 на базе операционного усилителя с коэффициентом уси: ления 0,5, четвертый узкополосный фильтр

18, четвертый квадратор 19, второй инвертор 20, последовательно соединенные и об разующие пятый канал пятый узкополосный фильтр 21, пятый квадратор 22 четвертый интегратор 23, усилитель с переменным коэффициентом усиления 24, третий инвертор

25, выход которого совместно с выходами шестого 15 и седьмого 5 квадраторов соединены с входами пятого сумматора 26, к выходу которого подсоединен регистрйрующий прибор 27, вход пятого узкополосного фильтра 21 соединен с первыми входами первого 1 и третьего 10 сумматоров и образуют вход для одного из исследуемых сигналов х, второй выход первого сумматора 1 соединен с вторым входом второго сумматора 6, а первый вход 6 — с выходом первого сумматора 1, второй вход второго сумматора 6 соединен с входом третьего интегратора 16 и образуют вход для другого исследуемого сигнала у, выход третьего сумматора 10 соединен с первым входом четвертого сумматора 17, второй вход 10 соединен с вторым входом 17.

Рассмотрим сигналы, действующие на входах узкополосных фильтров 2, 7, 11 и 18.

5 На входе фильтра 2 действует сигнал, равный

10 + = — — (х+ у).

Знак минус определяется свойством инвертирования первого сумматора на базе операционного усилителя 1 с коэффициен15 том усиления 0,5.

На входе фильтра 7 действует сигнал, равный (2) 20

Коэффициенты усиления по каждому, входу второго сумматора 6 равны единице.

На входе фильтра 11 действует сигнал, 25 равный ;+р

g+> = — — (х+ — у), 1 1 г р (3) 30 где P — оператор преобразования Лапласа.

Это можно объяснйть действием на входе третьего сумматора 10 суммы (х + — у)

P сигналов, каждый из которых усиливается с

35 коэффициентом 0,5 и свойством инвертирования операционного усилителя 10.

Аналогично можно показать, что на входе фильтра 18 действует сигнал g — р, рав40 ный — (х — — у).

P (4) нала, + равна

45 На входе фильтра 21 действует сигнал х.

Каждый сигнал предложенного устройства в результате узкополосной фильтрации, квадратичного детектирования осуществляет выделение спектральной составляющей

50 мгновенной мощности сигналов (1), (2). (3), (4) или х. После усреднения в каждом из каналов получается оценка спектральной плотности, Определим. спектральную плотность каждого из сигналов (1)-(4). Согласно прямому методу вычисления спектральной плотности (2) спектральная плотность сигг }

Я (й)) — I g+ ((ei) l = — g+(> ru) г, +--(-y rsp) (5) 1756830

Таким образом, величина коэффициен-. та 24 усиления равна оценке когерентного спектра мощности выходного сигнала объекта. где „ р +- (j в)- преобразование фурье-про- 5 цесса.

В результате усреднения на выходе 4 получают разность спектральных плотностей Я +(в) и S (ь), равную действительным частям Sxy(j в) взаимной спектральной 10 плотности. Спектральная плотйость $ -р(в) сигнала g--р равна

{,») 1 {д{{„, 2д.{дд ° в {{д вдд{ р ("" щ, + +в3(в)+

„28{э}A { Д*{д>, в + р ) (6) где Ax(N), Ау(г{э), Вх(в), Ву(в) — вещественная 20 и мнимая части хо в), у (j в);

Т вЂ” период анализа.

В результате одновременного усреднения 13 фильтрованной спектральной со25 ставляющих мощности,р +р (j а) и инвертированной,, — p (j в) получают (р ) э () l4ßÂ ß в» (й (1 30

ГТ p)

Таким образом, величина S<+p(cu- -р(а) пропорциональна мнимой части взаимно спектральной плотности, На выходе пятого канала инвертора 25 получают усиленную инвертированную спектральную плотность Я {(в) сигнала х.на частоте фильтрации, которая поступает на один из входов пятого сумматора 26.. 40

Коэффициент 14 усиления равен частоте настройки узкополосных фильтров 2, 7, 11, 18 и 21. Таким образом, на выходе шестого квадратора 15 получают оценку квадрат о Р э M н и м о и ч а с т и Sxy(jcU) ° П Я т ы м 4 сумматором 26 осуществляется суммирова ние квадрированной вещественной и мнимой частей Sxy(jm), уси,ленной инвертированной Sx(и)..

Изменением коэффициента 24 усиле- 50 ния добиваются нулевого сигнала на выходе

26, При этом будет иметь место

m Sx(co) — Sxy(j в) = О.

Отсюда имеют д

55 ! ях )со 1г г ,, = y x y - Sy (cu) .

Формула изобретения

Устройство для ойр{еделения когерентного спектра мощности выходного сигнала объекта, содержащего каналы, первый и третий из которых состоят из последовательно соединенных сумматора, узкополосного фильтра, квадратора и интегратора, второй и четвертый — из последовательно соединенных сумматора, узкополосного фильтра, квадратора и инвертора, прй этом выходы первого и второго каналов соедине- ны с входами первого интегратора, выходы третьего и четвертого каналов соединены с входами второго интегратора, выход сумматора первого канала соединен с первым входом сумматора второго канала, выход сумматора третьего канала соединен с первым входом сумматора четвертого канала, второй вход сумматора второго канала соединен с вторым входом сумматора первого канала, второй вход сумматора четвертого канала — с вторым входом сумматора третьего канала, первые входы сумматоров первого и третьего каналов соединены между собой и с первым входом устройства, второй вход второго сумматора соединен с входом третьего интегратора и с вторым входом устройства, выход третьего интегратора соединен с вторым входом сумматора четве ртого канала, а также регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения, в него дополнительно введены пятый канал из последовательндо соединенных пятого узкополосного фильтра, пятого квадратор® четвертого интегратора,; первого усилителя с переменным коэффициентом усиления и третьего инвертора, пятый сумматор, к выходу которого подсоединен регистратор, последовательно соединенные второй усилитель с переменным коэффициентом усиления и шестой квадратор, а также седьмой квадратор,.при этом вход второго усилителя с переменным коэффициентом усиления соединен с выходом второго интегратора, вход седьмого квадратора соединен с выходам первого интегратора; выходы шестого и седьмого квэдраторов — с вторым и третьим входами соответственно пятого сумматора, а вход пятого узкополосйого фильтра — с первым входом устройства.