Способ преобразования временных сигналов и их параметров

Изобретение относится к области обработки аналоговых временных сигналов и может быть применено для измерения временных процессов и их параметров, а также для регулирования преобразователей, построенных на использовании различных физических принципов. Способ преобразования временных сигналов основан на преобразовании входного сигнала линейным аналоговым преобразователем, прямом преобразовании Фурье с получением амплитудного и фазового спектров и обратном преобразовании Фурье. Дополнительно для повышения точности и расширения частотного диапазона после прямого преобразования Фурье осуществляют корректировку амплитудного спектра путем его умножения на корректирующие коэффициенты, рассчитываемые как отношение задаваемой номинальной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) преобразователя к его реальной АЧХ, и корректировку фазового сдвига, представляющую собой дополнительный фазовый сдвиг, рассчитываемый как разность фаз, соответствующих задаваемой номинальной фазо-частотной характеристике, и фаз, содержащихся в фазовом спектре, и добавляемый к последним. 1 ил.

 

Известны способы преобразования временных сигналов и их параметров, применяемые при построении измерительных систем и систем автоматического регулирования с номинально линейными аналоговыми преобразователями, основанными на различных физических принципах и используемыми совместно с преобразованием Фурье для получения спектров этих процессов [1, 2, 3]. Подобные преобразования характеризуются комплексной передаточной функцией, модуль которой представляет собой их амплитудно-частотную характеристику (АЧХ), а аргумент - фазочастотную характеристику (ФЧХ). Для подобных преобразователей устанавливается задаваемая (номинальная) передаточная функция (т.е. номинальные АЧХ и ФЧХ), в соответствии с которой входной сигнал должен преобразовываться в выходной. Однако в силу различных причин реальные АЧХ и ФЧХ преобразователя отличаются от номинальных, что приводит к существенным искажениям выходного сигнала преобразователя по отношению к таковому, заданному номинальными АЧХ и ФЧХ.

Цель изобретения - повышение точности и расширение частотного диапазона преобразования временных сигналов, их параметров и их амплитудных и фазовых спектров за счет внесения соответствующих коррекций, получаемых на основе сравнения номинальных и реальных АЧХ и ФЧХ. Указанная цель достигается тем, что, в соответствии с данным способом, после прямого преобразования Фурье осуществляют корректировку амплитудного спектра путем его умножения на корректирующие коэффициенты, рассчитываемые как отношение задаваемой (номинальной) АЧХ преобразователя к его реальной АЧХ, и корректировку фазового сдвига, представляющую собой дополнительный фазовый сдвиг, рассчитываемый как разность фаз, соответствующих задаваемой (номинальной) ФЧХ, и фаз, содержащихся в фазовом спектре.

Процедура реализации способа поясняется структурной схемой на чертеже.

Входной сигнал x_вх(t) с амплитудным |X(jω)| и фазовым ϕ(ω) спектром поступает на вход линейного преобразователя (1) с модулем |К_п(jω)|(АЧХ) и аргументом j [-ϕ_п(ω)] (ФЧХ) передаточной функции, после чего выходной сигнал x_вых(t) подвергается преобразованию Фурье (2), в результате чего получаются его амплитудный спектр |X_пр(jω)|=|X(jω)|·|К_п(jω)|(3) и фазовый спектр jϕ_пр(ω)=j [ϕ(ω)-ϕ_п(ω)] (4). Далее эти спектры подвергаются амплитудной (5) и фазовой (6) коррекции, следствием чего являются скорректированные амплитудный спектр |Х_кр (jω)|=|Х_пр (jω)|·|К_к(ω)|(7) и фазовый спектр jϕ_кр (ω)=j[ϕ(ω)-ϕ_п(ω)+ϕ_к(ω)] (8), где |К_к(ω)| - корректирующий множитель, а ϕ_к(ω) - корректирующий фазовый сдвиг. Далее выполняется обратное преобразование Фурье, результатом чего является выходной скорректированный сигнал с корректированными амплитудным и фазовым спектрами. Этот сигнал практически соответствует сигналу, который был бы получен в том случае, если бы преобразователь имел номинальную передаточную функцию, т.е. указанную процедуру можно рассматривать как коррекцию передаточной функции преобразователя. Коррекция выходного сигнала означает и коррекцию его параметров, формируемых на основе мгновенных значений сигнала.

Процедура может использоваться частично, если требуется только амплитудная или только фазовая коррекции временного сигнала, а также если требуется коррекция амплитудного и/или фазового спектров. Коэффициенты амплитудной коррекции и корректируемый фазовый сдвиг могут определяться различными способами: теоретически, экспериментально, путем моделирования преобразователей и т.п.

Источники информации

1. Приборы для измерения и анализа вибрации Movipac, Франция. Описание для Государственного реестра средств измерений №28861-05.

2. Приборы для измерения и анализа вибрации многоканальные Диана-8, Россия. Описание для Государственного реестра средств измерений №30435-05.

3. Приборы для измерения и анализа вибрации Vibrolog II, США. Описание для Государственного реестра средств измерений №27775-04.

Способ преобразования временных сигналов и их параметров, основанный на преобразовании входного сигнала линейным аналоговым преобразователем, прямом преобразовании Фурье с получением амплитудного и фазового спектров и обратном преобразовании Фурье, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона преобразования, после прямого преобразования Фурье осуществляют корректировку амплитудного спектра путем его умножения на корректирующие коэффициенты, рассчитываемые как отношение задаваемой номинальной амплитудно-частотной характеристики преобразователя к его реальной амплитудно-частотной характеристике, и корректировку фазового сдвига, представляющую собой дополнительный фазовый сдвиг, рассчитываемый как разность фаз, соответствующих задаваемой номинальной фазочастотной характеристике и фаз, содержащихся в фазовом спектре, и добавляемый к последним.