УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ПЕРИОДИЧЕСКИХ МНОГОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ ЦИФРОВЫМИ ОТСЧЕТАМИ

Полезная модель относится к области систем обработки информации и измерительной технике и может быть использована для определения спектрального состава периодического многочастотного сигнала при решении разнообразных задач передачи информации на расстоянии, контроля работоспособности электротехнических и электромеханических устройств.
Известно устройство для спектрального анализа (СА) периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами [Патент РФ №2229725, МПК7 G01R 23/16, опубл. 12.11.2002], выбранное в качестве прототипа, содержащее датчик анализируемого сигнала, выход которого соединен с входом программатора площади вольтамперной характеристики, датчик опорного сигнала, один выход которого соединен с входом программатора площади вольтамперной характеристики, а второй - с входом блока памяти базы данных. Выход программатора площади вольтамперной характеристики и выход блока памяти базы данных соединены с входом делителя.
Недостатком устройства является избыточное количество определений площади вольтамперных характеристик, и как следствие, большое время определения амплитуд, частот и фаз отдельных составляющих сигнала.
Задачей полезной модели является создание устройства для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, позволяющего сократить время, необходимое для определения амплитуд, частот и фаз отдельных составляющих сигнала.
Это достигается тем, что устройство для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, также как в прототипе, содержит датчик анализируемого сигнала.
Согласно полезной модели, датчик анализируемого сигнала подключен к объекту исследования. К датчику анализируемого сигнала последовательно подключены программатор определения амплитуды и фазы по вольтамперной характеристике, первый датчик опорного сигнала, первый программатор, второй программатор, который связан с ЭВМ. Программатор определения амплитуды и фазы по вольтамперной характеристике соединен с первым программатором, вторым программатором и с вторым датчиком опорного сигнала, который подключен к первому программатору.
Заявленное устройство для спектрального анализа периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами, имеет существенные преимущества, так как позволяет увеличить быстродействие спектрального анализа. Это реализовано за счет того, что нет необходимости поиска фазы сигнала путем подбора минимальной площади вольтамперной характеристики. Фазу сигнала заданной частоты определяют по соотношению двух опорных сигналов, поэтому только два раза определяют площадь вольтамперной характеристики. Кроме того, устройство позволяет использовать для анализа всю имеющуюся длину массива анализируемого многочастотного сигнала и не привязан к знанию его периода.
На фиг.1 приведена аппаратная схема устройства.
Заявленное устройство может быть осуществлено с помощью схемы (фиг.1), содержащей датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС), который подключен к объекту исследования. К датчику анализируемого сигнала 1 (ДАС) последовательно подключены программатор определения амплитуды и фазы по вольтамперной характеристике 2 (АФВАХ), первый датчик опорного сигнала 3 (ДОС1), первый программатор 4 (П1), второй программатор 5 (П2), который связан с ЭВМ (не показано на фиг.1.). При этом, программатор определения амплитуды и фазы по вольтамперной характеристике 2 (АФВАХ) соединен с первым программатором 4 (П1), вторым программатором 5 (П2) и с вторым датчиком опорного сигнала 6 (ДОС2), который подключен к первому программатору 4 (П1).
В качестве датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) может быть использован датчик тока - промышленный прибор КЭИ-0,1, или датчик напряжения - трансформатор напряжения (220/5 В). Программатор определения амплитуды и фазы по вольтамперной характеристике 2 (АФВАХ), датчики опорного сигнала 3 (ДОС1) и 6 (ДОС2), программаторы 4 (П1), 5 (П2) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Для работы пользователя может быть предусмотрена кнопочная клавиатура FT008, имеющая 8 кнопок.
i
С выхода датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) анализируемый сигнал а (t) заданный отсчетами мгновенных значений в моменты времени
1,
2,..
i,..,
N
tttt;
2
1
3
2
N
N-1
t-t=t-t=t-t=…=Δt
где Δt - шаг дискретизации;
N
N - количество точек отсчета за время выборки сигнала t,
0..
0k..
n
0k
0k
sin0
i
cos0
i
0k
поступает на вход программатора определения амплитуды и фазы по вольтамперной характеристике 2 (АФВАХ). Для заданного диапазона ωωω с заданным шагом Δω частот в первом программаторе 4 (П1) последовательно задают частоты ω в Рад/с, начиная с минимальной, каждое передают на первый датчик опорного сигнала 3 (ДОС1), второй датчик опорного сигнала 6 (ДОС2) и на второй программатор 5 (П2). После получения первого значения частоты ω датчиками опорного сигнала 3 (ДОС1) и 6 (ДОС2), в первом датчике опорного сигнала 3 (ДОС1) определяют синусный опорный сигнал b(t) одновременно с этим во втором датчике опорного сигнала 6 (ДОС2) определяют косинусный опорный сигнал b(t) для рассматриваемой частоты ω
cos0
i
0k
i
b(t)=sin(ωt);
cos0
i
0k
i
b(t)=sin(ωt);
i
sin0
i
cos0
i
sink
cosk
sin0
cos0
при этом длину массива N и шаг дискретизации ∆t принимают равными соответствующим параметрам анализируемого сигнала a(t). Затем полученные опорные сигналы b(t) и b(t) одновременно подают на программатор определения амплитуды и фазы по вольтамперной характеристике 2 (АФВАХ), где определяют синусную Q и косинусную Q площади вольтамперной характеристики для точек совместного решения a(b) и a(b) соответственно
определяют амплитуду заданной частоты
где  частота в Гц,
и определяют фазу заданной частоты
k
k
0k
k
k
k
0k
0k
k
k
0k
n
0k=
n
k
k
k
Сразу поле этого, из программатора определения амплитуды и фазы по вольтамперной характеристике 2 (АФВАХ) значения амплитуды Am и фазы φ передают на второй программатор 5 (П2), а сигнал о задании следующей частоты ω+Δω на первый программатор 4 (П1). После этого, во втором программаторе полученные значения амплитуды Am и фазы φ запоминают вместе со значением ω=ω из первого программатора 4 (П1), а из первого программатора 4 (П1) передают следующее значение частоты ω+∆ω на первый датчик опорного сигнала 3 (ДОС1), второй датчик опорного сигнала 6 (ДОС2) и на второй программатор 5 (П2). Все действия для определения Am и φ повторяют до достижения ω=ω. После достижения ωω на выход второго программатора 5 (П2) подают сигнал о готовности результатов спектрального анализа, о спектральном составе сигнала судят по значениям Am, φ, ω и их передают на ЭВМ.