Устройство для определения коэффициента фурье

 

О П И С А Н И Е (11! 590764

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Зая13лспо 25.04.75 (21) 2128473/18 24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.01.78. БюллсTclll> ¹ 4 (51) М. Кл.- 6 06G 7til9

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 681.335(088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 07.03.78 (72) Авторы изобрстсния

В. П. Боровский и А. И. Самокиш (71) Заявитель

Киевский ордена Ленина политехнический ииститут им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ

ФУРЬЕ

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для анализа комплексных спектров периодических сигналов.

Известны устройства для определения коэффициентов Фурье электрических сигналов.

Одно из известных устройств содср>кит генератор сииусоидальиого и коспиусоидального иапря>кеиий с измепяемой частотой, перемножители и интеграторы (I j.

Наиболее близким техническим рсшеш1см к данному изобретешпо является устройство для измерения коэффициентов Фурье, содержащее блоки усреднения, выходы которых являются первым и вторым выходами устройства соответственно, две группы блоков умно>кения, первые входы каждого из которых соединены с выходами генератора ортогональных сигналов, выходы всех блоков умножения первой группы через соотвстствующие блоки задания коэффициентов соединены со входами первого сумматора, а выходы всех блоков умно>кения второй группы через соответствующие блоки задания коэффициентов — со входами второго сумматора, и блок управления, вход которого подключен к 131»i<>zy источника анализируемого сигнала, а выход — ко входу генератора ортогоиальиых сигналов (2).

Недостатком известных устройств является то, что они позволяют измепять лишь коэффициенты Фурье анализируемого сигнала

S(t), tg (О, T), в то время как значительный практический иптерес представляют его амилитудиьш и фа "о:ый спектры.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для определения коэффициентов Фурье.

Поставлеи11ая lkC;II, IOCTIII 3CTCB TCVi, ITO i CTройство для определения коэффициентов

10 Фурье содержит управлясмыс двухпозициопиыс псрекл>о 1 атели и последовательно сосдинсниыс дополнительный сумматор и полосовой фильтр, выход которого является третьим выходом устройства, первые контакты пер15 вого и второго двухпозпцпониых переключателей подкл1очсиы к выходу источника анализируемого сигнала, вторыс контакты подключены cooòâcòñòâållío к выходам первого и второго блоков усреднения, а переключающие

2О контакты сосД1111еl!ы cooTBcTcTI3cIIIIo со 13ToPblми входами Олоков умпо>кепl!я 00clIx г)1мпп, первые контакты третьего и четвертого д13ухпозициопных переключателей подключены ко входам дополи11тсльиого сумматора, вторые контакты соединены соответственно со 13ходазти IIcpBQI 11 второго блоков усреднения, а переключающие кс>11такты третьего и четвертого двухпозиционных переключателей подключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, управляющие входы всех

590764 двухпозпцпоппых переключателей подключены ко второму выходу блока управления.

На чертеже прсдставлепа структурная схема устройства для определения коэффициентов Фурье, выполненная согласно данному изобретению.

Устройство содержит блоки усреднения 1 и 2, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства.

Ко входам блоков усреднения подключены первые контакты управляемых двухпозициоппых перекл)очателей 3 и 4, переключающие контакты которых соединены с сумматорами 5 и б. Входы сумматоров через блоки задания коэффициентов 7 и 8 связаны с соответствующими группами блоков умножения 9 и

10. Первые входы блоков умножения соединены с выходами генератора ортогональных сигналов 11, а вторые входы каждой группы объединены и связаны соответственно с переключающими контактами управляемых двухпозиционных переключателей 12 и 13. Первые контакты этих переключателей подключены к выходу источника анализируемого сигнала 14, вторые контакты — соответственно к выходам блоков усреднения 1 и 2. Вторые контакты переключателей 3 и 4 соединены со входамп сумматора 15, к выходу которого подключен полосовой фильтр 16. Управляющие входы всех переключателей связаны со вторым выходом блока управления 17, первый выход которого подключен ко входу генератора ортогональных сигналов 11, а вход— к источнику анализируемого сигнала 14.

Работа устройства происходит следующим образом.

При измерении коэффициентов Фурье, соответствующих и-ому спектральному компоненту, одновременно с началом анализируемого сигнала S(t), t g (О, Tj включается генератор 11, последовательно и раз подряд вырабатывающий ) ортогональных прямоугольных импульсов единичной амплитуды. В блоках

9, 10 каждое импульсное напряжение персмножается с анализируемым сигналом. Так как амплитуда импульсных напряжений равны единице, умно>кение сводится к простому коммутированию анализируемого сигнала на время, равное длительности импульса. В качестве блоков умножения используют ключевые устройства, имеющие широкий частотный и динамический диапазон. Результаты умноKeIIIIkI c%rмм)(руются B сумматоре 5 c BecBMH, опрсделяемымп блоками 7, а в сумматоре б — весами, определяемыми блоками 8. В блоках 7 устанавливают веса, пропорциональные вели пинам

Т/и и 2znt а,„= — ) cos rect х, т,) А о

<г — irt л — zl "_#_) „. = а э а в блоках 8 — пропорцпональпыс величинам

Т/и

2;сп1 (lг»= — ) sirI rect Х

Т,) Т о

t — 1Т/zzN — Т/ пЛ(Т/nN (2) ," й= —, I s(t)х

eÄ = — (S (t) coe

1 и Т о

I(i а,rect

/=т т

= — 1 V s(i) rect

Т „

1Т/nN — Т/nN

Т/zzN

< t — IT) пИ вЂ” Т/ пИ

) а dt, T/nN о приближенно равное четному коэффициенту

Фурье разложения сигнала в ряд по системе тригонометрических функций.

Усредненное блоком 2 напряжение сумматора 6 дает приближенное значение нечетного коэффициента Фурье:

40 т

b»= (S(t) sin " dt =

Т, Т о т

= — Ь (t),гес1;х, о /=1 т /ч

x < и("и """)а= — 1

t — iT/nN — Т/пп)

T/nN

По истечении времени Т, когда напряжения на выходах блоков усреднения пропорциональны коэффициентам Фурье а„, и b„, по команде, вырабатываемой блоком управления

17, на время т происходит переключение двухпозиционных переключателей 3, 4, 12, 13, при этом блоки усреднения переводятся в режим

00 запоминания, выход блока 1 соединяется со вторыми входами группы умножителей 10, выход блока 2 — со вторыми входаъти группы умножителей 9, выходы сумматоров 5 и 6 подключаются к дополнительному сумматору 15.

Кроме того, в момент времени t =Т I)o кома,-(Величины а(являются коэффициентами

Фурье разложения одного периода колебания

2tcnt

cos в ряд по системе N ортого10 Т

HBJIbkIbIx импульсов на отрезке, равном длительности одного периода этого колебания.

Величины P; — коэффициенты Фурье разложения в ряд по системе !V ортогональных пря1о моугольных импульсов одного периода коле2т.nt бания sir(на отрезке, равном одТ ному периоду этого колебания. Как следует из формул (1) и (2), и; и»р,, не зависят от

20 номера измеряемой гармоники.

После усреднения в блоке 1 выходного напряжения сумматора 5 получают напряжение

590764

<с, вырабатываемой блоком управления 17, генератор 11 переводится в режим, при котором обеспечивается не менее чем однократное за время т генерирование системы ортогональных напряжений.

Если применен генератор 11 ортогональных прямоугольных импульсов едини пюй амплитуды, для Т т Т+т выходные напряжения сумматоров 5 и 6 соответственно равны:

1 Г t — и/mN — -./mN

U6 = b„,а,rect ) =

-/тУ

= б„cos

2 т

It-- ю-. /mN — -./ mN

Ur.6= а,,reCt

-./ mN )

t=1

2пт

=a„sin

m=1, 2, 3, ...; прп m=1 обеспечивается однократное за время т генерирование системы ортогональных прямоугольных импульсов.

Выходное напряжение U дополнительного сумматора 15 равно

Й вЂ” Й6 + - 2.6) а напряжения на выходе полосового фильтра

U, Г +/2 ° (™ +arctg u

1, с ал /

Л я1п 2 т 1+, Следовательно, амплитуда выходного напряжения полосового фильтра пропорциональна модулю А„п-го спектрального компонента, а сдвиг фазы относительно одного из входных напряжений дополнительного сумматора равен начальной фазе q;„n-го спектрального компонента.

Аналогичные результаты дает применение в качестве генератора 11 генератора ортогональных напряжений, изменяющихся по функциям Уолша или Хаара.

Изобретение расширяет функциональные возможности известного устройства, так как обеспечивает, кроме определения коэффициента Фурье, измерение амплитудного и фазового спектра анализируемого сигнала.

Формула изобретения

Устройство для определения коэффициентов Фурье, содержащее блоки усреднения, вы5 ходы которых являются первым и вторым выходами устройства соответственно, две группы блоков умножения, первые входы каждого из которых соединены с выходами генератора ортогональных сигналов, выходы всех

10 блоков умножения первой группы через соответствующие блоки задания коэффициентов соединены со входами первого сумматора, а выходы всех блоков умножения второй группы через соответствующие блоки задания ко15 эффициентов — со входами второго сумматора, и блок управления, вход которого подключен к выходу источника анализируемого сигнала, а выход — ко входу генератора ортогональных сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 20 что, с целью расширения функциональных возможностей, оно содержит управляемые двухпозиционные переключатели и последовательно соединенные дополнительный сумматор и полосовой фильтр, выход которого является

25 третьим выходом устройства, первые контакты первого и второго двухпозиционных переключателей подключены к выходу источника анализируемого сигнала, вторые контакты подключены соответственно к выходам перво30 ro и второго блоков усреднения, а переключающие контакты соединены соответственно со вторыми входами блоков умножения обеих групп, первые контакты третьего и четвертого двухпозиционных переключателей подключены

З5 ко входам дополнительного сумматора, вторые контакты соединены соответственно со входами первого и второго блоков усреднения, а переключающие контакты третьего и четвертого двухпозиционных переключателей под40 ключены соответственно к выходам первого и второго сумматоров, управляющие входы всех двухпозиционных переключателей подключены ко второму выходу блока управления.

45 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Харкевич А. А. Спектры и анализ. М., Физматгиз, 1962, с. 111.

2. Авторское свидетельство СССР № 446073, 50 кл. G 06 G 7/19, 1974.

590764

Составитель О. Сахаров

Техред А. Камышннкова

Корректоры: Е. Хмелева и А. Степанова

Редактор P. Киселева

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3262/12 Изд. Ке 174 Тираж 818

НПО Государствснного комитета Совета Министров СССР по дслагп изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5