Способ спектрального анализа сигнала

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения относительного содержания высших гармонических составляющих в сигнале при сравнении нелинейности различных устройств. Сущность изобретения: сравнивают исследуемый сигнал с опорным синусоидальным сигналом частотой первой гармоники, при этом в определенные моменты времени для различных фазовых сдвигов между сигналами определяют модули отношений мгновенных значений двух сигналов и по отклонению значений этих модулей между собой определяют относительное содержание высших гармоник в исследуемом сигнале. 2 ил.

Изобретение относится к специализированной измерительной технике и предназначено для определения относительного содержания высших гармоник в сигнале, для преимущественного использования на инфранизких частотах при исследовании величины нелинейности элементов и устройств, когда требуется быстродействие, точность измерений и простота реализации.

На фиг. 1 показан пример определений моментов времени t_o, t₁, t₂, равноотстоящих от середин полуволн соответствующих сигналов, при измерениях для произвольного фазового сдвига между сигналами; на фиг. 2 структурная схема устройства для реализации способа.

Для каждого фазового сдвига (фиг. 1) получают на интервале времени одного на периодов несколько пар моментов времени t₁, t₂; t₁', t₂', t₁'', t₂'' и т.д.

A_xsinF_o/A_y sin F_o=K_a (1) для измерений в моменты времени t₁ и t₂; A_xcosF_o/A_ycos F_o (2) для измерений в моменты времени t₁''' и t₂''' и т. д. Моменты времени t₁ для сигналов, соответствующих значению sinF_o, можно выбирать произвольно, как и моменты t₂ для сигналов, соответствующих значению sin F_o. Аналогично можно выбирать для измерения пару моментов времени t₁'' и t₂'', соответствующих значению cos F_o. Измерения в момент времени t_o можно рассматривать как частный случай выбора соответствующей пары. Следовательно, при выборе соответствующих пар моментов времени получают значения модулей отношений, которые не отличаются между собой с учетом минимальной погрешности используемого метода сравнения для сигнала без спектральных искажений. При увеличении спектральных составляющих в сигнале отклонения модулей отношений между собой при различных фазовых сдвигах увеличиваются, что означает увеличение содержания высших гармонических составляющих в сигнале.

Устройство (фиг. 2) состоит из формирователя 1, управляемого опорного генератора 2, фазовращателя 3 и двухлучевого осциллографа 4.

Исследуемый сигнал U_x(t) поступает на вход формирователя 1, на выходе которого формируется напряжение U₁, пропорциональное периоду Т исследуемых колебаний. Это напряжение U₁ поступает на вход управляемого опорного генератора 2, на выходе которого генерируются колебания синусоидальной формы, период которых зависит от управляемого напряжения U₁ и равен периоду Т исследуемых колебаний.

Синусоидальное напряжение U₂ амплитудой А_у с выхода опорного генератора 2 поступает на вход фазовращателя 3, на выходе которого получают синусоидальное напряжение U_y(t) той же амплитуды, которая не изменяется при изменениях фазовых сдвигов. Таким образом, на два входа двухлучевого осциллографа 4 поступают исследуемые сигналы U_x(t) и опорные синусоидальные сигналы напряжения U_y(t), имеющие между собой фазовый сдвиг (см. фиг. 1).

Для каждого фазового сдвига F_o производят измерения мгновенных значений сигналов при выбранной паре моментов времени t₁ и t₂ или в каждый из четырех моментов времени t_o, соответствующих середине выбранных интервалов, определяют модули отношений и по отклонению их значений друг от друга судят об относительном содержании высших гармоник в исследуемом сигнале.

Формула изобретения

СПОСОБ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА СИГНАЛА, основанный на преобразовании входного сигнала и измерении результата, в соответствии с которым выделяют определенные временные интервалы для анализа, отличающийся тем, что формируют опорный синусоидальный сигнал с частотой первой гармоники исследуемого сигнала, многократно сдвигают по фазе один сигнал относительно другого, каждый раз выделяя временные интервалы внутри полуволн двух сигналов, определяют мгновенные значения сигналов в моменты времени, равноотстоящие от середин полуволн своих сигналов, определяют модули отношения соответствующих мгновенных значений сигналов и по величинам отклонений этих модулей отношений между собой определяют относительное содержание высших спектральных составляющих в исследуемом сигнале.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2