Устройство для измерения коэффициентов фурье

Устройство для измерения коэффициентов фурье

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (>446О73

Сеюз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 09.03.73 (21) 1892013/18-24 с присоединением заявки ¹ 1892019/18-24 (32) Приоритет—

Опубликовано 05.10.74. Бюллетень ¹ 37

Дата опубликования описания 06.01.76 (51) М. Кл. G 06g 7/19

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам иэобретений н открытий (53) УДК 621.317. .757 (08Я.Я) (72) Авторы изобретения

Н. Ф. Воллернер, В. П. Боровский и А. И. Самокиш

Киевский ордена Ленина политехнический институт имени 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТОВ ФУРЬЕ

Изобретение относится к анализаторам гармонических составляющих токов или напряжений в диапазоне от ультразвуковых до инфранизких частот и может быть использовано для измерения четных и нечетных коэффициентов Фурье разложения в ряд по системе тригонометрических функций широкополосных электрических процессов, изменяющихся в значительном динамическом диапазоне.

Известны устройства для определения коэффициентов, разложения электрических сигналов в ряд Фурье по тригонометрическим функциям, содержащие блоки усреднения, вход каждого из которых соединен с перемножителем анализируемого сигнала на одно из квадратурных гармонических на пряжений, соответствующих изглеряемой спектральной компоненте, и генератор квадратурных гармонических напряжений. Однако отмечаются низкая точность измерений и узкие динамический и частотный диапазоны, что обусловлено сложностью построения диапазонного генератора стабильных и точных по амплитуде, частоте и фазе квадратурных гармонических колебаний и применением аналоговых перемножителей анализируемого сигнала на гармонические колебания.

Цель изобретения — повышение точности измерений, расширение динамического и частотного,диапазонов. Это достигается тем, что устройство содержит генератор N ортогональных на пряжений, 2N блоков весовых ко5 э ффициентов и два сумматора, причем выходы генератора ортогональных нагпряжений подключены к первым входам соответствующих перемножителей, вторые входы которых соединены с источником анализируемого сигнала, выход каждого переглножителя подключен к входам двух соответствующих блоков весовых коэффициентов, выходы блоков весовых коэффициентов соединены с соответствующими сумматорами, подключенными к блоГ5 кам усреднения.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит блоки усреднения 1 и 2. К блоку усреднения 1 подсоединен сумматор 8, а к блоку усреднения 2 — сумматор

4. К каждому из входов сумматора 8 подключены N блоков весовых коэффициентов 5, 25 а к входам сумматора 4 — Л блоков весовых коэффицлентов б. Блоки 5 и б соединены с N перемножителями 7. К первым входам перемгножителей подключен генератор N ортогональных напряжений:8, например, ортоЭО гональной системы N прямоугольных импуль446073 сных напряжений единичной амплитуды или системы напряжений, изменяющихся по функциям Уолша. )Вторые входы перемножителей соединены с источником анализируемого сигнала 9. 5

Т/и

40

Т/и и 22tnt — s-ir)

T Т

rect

t — i T)пN — Т nN 1

) dt= Pg (2) 50

Необходимая точность измерений достигается использованием достаточного количества Лт ортогональных на)пряжений, а отрезок их существования о)пределяет номер измеряемых коэф(фициентов Фурье.

Отсутствие генератора стабильных и точных по амплитуде, частоте и фазе квадратурных гармонических колебаний, применение ключевых перемножителей повышает точность измерений, расширяет динамический и частотный диапазоны устройства.

Предмет изобретения

Устройство для измерения коэффициентов

65 Фурье, содержащее N перемножителей и два

Устройство работает следующим образо}м.

При измерении коэффициентов Фурье, соответствующих и-той спектральной компоненте, одновременно с началом анализируемого сигнала S(t), t6 (О,Т) включается генератор 8, последовательно п раз подряд вырабатывающий систему N ортогональных напряжений, например N ортогональных прямоугольных импульсов единичной амплитуды.

В пвремножителях 7 каждое импульсное напряжение перемножается с анализируемым сигналом. Так как ам)плитуды импульсных напряжений равны единице, умножение сводится к простому коммутированию анализируемого сигнала на время, равное длительности им)пульса. В качестве перемножителей используют ключевые устройства, имеющие широкий частотный и динамический диапазоны. Результаты умножения суммируются в сумматоре 8 с весами, определяемыми блоками 5, а,в сумматоре 4 — с весами, определяемыми блоками б. В блоках 5 устанавливают веса, пропорциональные величинам и. Г 27tnt а;„= —. cos rect

T T

t — i Т )иН вЂ” Т пН11 dt=а;, /п а в блоках б — пропорциональные величинам

Величины а; являются коэффициентами

Фурье разложения одного периода колебания

2mnt

cos в ряд по системе N ортогональных импульсов на отрезке, равном длительности одного )периода этого колебания. Величины Pi — коэффи(циенты Фурье разложения в ряд по системе У ортогональных прямоугольных:импульсов одното периода колеба2 nt ния з1п . на отрезке, равном одному периоду этого колебания. Как следует из формул (1) и (2), а; и р; не зависят от номера измеряемой гармоники.

После усреднения в блоке 1 выходного напряжения сумматора 8 получают напряжение:

1 Г 222nt 1 а„= — ) S (t) cos а(= —. ) S (t}Q а, rect о

t — i.Ò nN — Т/ nN1 1 Г

) dt = — JQ S (t) rect о =

t — i T nN — Т)пИ1

T(nN )

/ приближенно равное четному коэффициенту

Фурье разложения сигнала в ряд по системе тригонометрических функций.

Усредненное блоком 2 напряжение сумматора 4 дает приближенное значение нечетного коэффициента Фурье:

7 т /(1 Г . 2 nt 1 Г

Ь„= — } S(t) sie dt= — ) S (t)Q));rect т Т

t — i Т пИ вЂ” Т1пИ) 1

) dt= — S (t} rect

О =)

t — i Т nN — Т1пМ\

Т)пИ ) В случае применения генератора 8, вырабатывающего напряжения, изменяющиеся по функциям Уолша wal(i; t), = 1, 2, ..., N т /)/

1 Г а„= — JQS(t) ша) (2), () redt, о =-(Т/л п Г 2nnt а) = — ) cos wal (2i, t) dt, О т

1 Г

܄= — )Q S (t) wai (2i — ), t) (, dt, Πi=l

Т/л и Г . 22(nt — T) sin Т wal(2i — Ы)

446073

Составитель А. Самокиш

Техред В. Рыбакова

Редактор О. Филиппова

Корректор И. Симкина

Заказ 937/1418 Изд, Ко 829 Тираж 624 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. <Патент» блока усреднения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения динамического и частотного диапазонов, оно содержит генератор N ортогональных напряжений, 21V блоков весовых коэффициентов и два сумматора, причем выходы генератора ортогональных напряжений подключены к первым входам соответствующих перемножителей, вторые входы которых соединены с источником анализируемого сигнала, выход каждого перемножителя подключен ко входам двух соответствующих блоков весовых коэффициентов, выходы блоков весовых коэффициентов соединены с соответствующими сумматорами, подключенными к блокам усреднения.