Цифровой анализатор гармоник

 

Союз Советскнк

Социалистических

Реслублнк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

1 ="=«ã;

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.07.79 (21) 2806782/18-21 (51)М с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

С 01 Н 23/16

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15,0481, Бюллетень ¹14 (53) УДК 621. 317..361(088.8) Дата опубликования описания 15 . 04 . 81 с

С.Н. Гришкин, В.К. Белов, В.И. Петухов и К.П. Тиханович (72) Авторы изобретения

Рязанский радиотехнический институт (7 Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено, в частности, для измерения первых гармоник реакции объекта на моногармоническое сканирующее воздеиствие в системах виброиспытаний.

Известен цифровой анализатор гармоник, содержащий аналого-цифровой преобразователь, цифразой синус-косинусный генератор, два умножителя, 10 два цифровых сглаживающих фильтра, два регистра хранения текущих значений квадратурных составляющих, два квадратора, сумматор и блок извлечения квадратного корня, причем выход 15 аналого-цифрового преобразователя соединен с первыми входами умножите лей, два выхода синус-косинусного генератора соединены со вторыми входами умножителеи, выходы умножителей 20 соединены с первыми входами соответствующих сглаживающих фильтров, выходы которых соединены со входами соответствующих регистров хранения текущих значений квадратурных составляю- 25 щих и со входами соответствующих квадраторов, выходы упомянутых регистРов соединены со вторыми входами соответствующих цифровых сглаживающих фильтров, выходы квадраторов соединены 30 со входами сумматора, выход которого соединен со входо. блока извлечения квадратного корня (1 .

Недостатком данного анализатора гармоник являются большие затраты оборудования, что снижает надежность устройства. Это связано с необходимостью выполнения операции умножения отсчетов входного сигнала на отсчеты синусной и косинусной функций, которые представляют собой, как правило, дробные числа с весьма высокой разрядностью.

Цель изобретения — повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой анализатор гармоник, содержащий аналого-цифровой преобразователь, два регистра хранения текущих значений квадратурных составляющих, два квадратора, сумматор, блок извлечения квадратного корня и два цифровых сглаживающих фильтра, выходы которых соединены со входами соответствующих регистров хранения текущих значений квадратурных составляющих и со входами соответствующих квадраторов, выходы упомянутых регистров соединены с первыми входами соответствующих цифро822072 вых сглаживающих фильтров, а выходы квадраторов соединены со входами сумматора, выход которого соединен со входрм блока извлечения квадратного корня, введены блок формирова-, ния весовых функций и два сумматоравычитателя, первые входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, вторые входы — с выходами блока формирователя весовых функций, третий выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового Преобразователя, а выходы сумматоров-вычитателей соединены со вторыми входами соответствующих сглаживающих фильтров.

На фиг. 1 приведена структурная схема анализатора гармоник; на фиг. 2 и 3 — амплитудно-частотные характеристики фильтров и вид весовых функций для E. ==2.

Анализатор (фиг.1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, сумматоры-вычитатели 2 и 3, блок 4 формирования весовых функций, регистры хранения текущих значений квадратурных составляющих 5 и б, цифровые сглаживающие фильтры 7 и 8, квадраторы 9 и 10, сумматор 11, блок 12 извлечения квадратного корня.

Анализатор работает следующим образом.

Входной сигнал с преобразователя

1 преобразуется в цифровую форму в моменты времени, определяемые блоком

4. Затем отсчеты входного сигнала поступают на сумматоры-вычитатели 2 и 3 квадратурных каналов, где осуществляется выделение первой гармо ники частоты анализа (A= по ко?ß тд мандам с блока. 4. Блок 4 формирования весовых функций выдает результат последовательной сверки весовой функции фильтра с передаточной функцией вида 1- z, и Е весовых функций фильтров с передаточной функцией вида

1-2

Иэ приведенных амплитудно-частотных характеристик таких фильтров (фиг.2) видно, что при o)А= — все

Х вТ гармоники частоты u)A к оме первой, будут устранены, если

m = 2 Ki; n,= —; п

m m

m П1

К К

l где К; = 3; 5; 7;....Х простые числа; наибольшее простое число среди номеров устраняемых гармоник; количество простых чисел среди номеров устраняемых гармоник.

Результат последовательной свертки элементарных весовых функций для

60 регистров соединены с первыми входами соответствующих цифровых сглажи65 вающих фильтров, а выходы квадрато5

Я =2 (фиг.3r), гце К = 3, К = 8

5) 2

), показывает, что весовая функция фильтра гармоник представляет собой последовательность отсчетов, неравномерно расположенных во времени с весами, равными + 1, так как для реализации процедуры взвешивания с. весами +. 1 не нужен умножитель, а достаточно сумматора-вычитателя, требующего значительно меньших аппаратурных затрат, это также относится и к замене цифрового синус-косинусного генератора блоком формирования весовых функций. Весовые функции в квадратурных каналах сдвинуты друг относительно друга Во т времени на 4 . Далее сигнал обрабатывается в сглаживающих фильтрах 7 и

8, представляющих собой цифровые узкополосные фильтры нижних частот, которые определяют разрешающую способность анализатора по частоте.

После окончания процесса вычисления квадратурных составляющих на данной частоте в квадраторах 9 и 10 полученные значения квадратурных составляющих возводятся в квадрат, их квадраторы суммируются в сумматоре

11, а затем из этой суммы в блоке 12 извлекается квадратный корень. На, этом процесс анализа на данной частоте заканчивается.

Таким образом, предложенное устройство позволяет существенно снизить аппаратурные затраты при создании специализированных вычислительных устройств гармонического анализа, так как объем оборудования, необходимый для реализации сумматоров-вычитателей и блока формирования весовых функций значительно меньше соответствующего показателя при реализации умножителей и цифрового синус-косинусного генератора, кроме того,, простота структуры и методика расчета таких устройств позволяют упростить, сократить во времени и удешевить процессы разработки и настроики подобных устройств.

Формула изобретения

Цифровой анализатор гармоник,содержащий аналого-цифровой преобразо- ватель, два регистра хранения текущих значений квадратурных составляющих, два квадратора, сумматор, блок извлечения квадратного корня и два цифровых сглаживающих фильтра, выходы которых соединены со входами соответствующих регистров хранения текущих значений квадратурных составляющих и с;о входами соответствующих квадраторов, выходы упомянутых

822072 ров соединены со входами сумматора, выход которого соединен со входом блока извлечения квадратного корня, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности устройства, в него введены блок формирования весовых функций и два сумматора-вычитателя, первые входы которых соединены с выходом аналогоцифрового преобразователя, вторые входы вЂ,с выходами блока формирования весовых функции, третий выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя,а выходы сумматоров-вычитателей соединены со вторыми входами соответствующих цифровых сгдаживающих фильтров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Степашкин A È., Коршунов Ю.М., Иофа A Ë., Молчадский Л.И. Цифровой метод частотного анализа сигналов.Ьбработка информации автоматическими системами. Труды РРТИ, Рязань, 1970, вып.29.

822072

+- + л

i! гк

Составитель Е. Данилина

Техред М. Лоя Корректор Н. Швцдкая

Редактор М. Недолуженко

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Закаэ 1841/69

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4