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.
7
Известно устройство для спектрального анализа (СА) периодических многочастотных сигналов, представленных цифровыми отсчетами [Патент РФ 2229725, МПК 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 известного устройства является то, что у него не достаточная чувствительность при выявлении частотных составляющих с малыми амплитудами.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения.
Это достигается тем, что в устройстве для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, также как в прототипе, содержится датчик анализируемого сигнала.
Согласно изобретению, датчик анализируемого сигнала подключен к объекту, сигнал которого исследуется. К датчику анализируемого сигнала последовательно подключены дифференциатор, программатор определения площади вольтамперной характеристики, первый датчик опорного сигнала. При этом, к программатору определения площади вольтамперной характеристики последовательно подключены первый программатор, второй датчик опорного сигнала, программатор амплитудного значения по вольтамперной характеристике, второй программатор, который связан с дисплеем или ЭВМ. Датчик опорного сигнала соединен с программатором амплитудного значения по вольтамперной характеристике, а первый программатор соединен со вторым программатором.
Заявленное устройство для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, имеет существенные преимущества, поскольку повышает чувствительность выявления частотных составляющих с малыми амплитудами за счет того, что выявляют частоты по спектру производной исходного сигнала, так как известно, что чувствительность - способность выделить и определить параметры спектральной составляющей с малой амплитудой [Функциональный контроль и диагностика электротехнических систем и устройств по цифровым отсчетам мгновенных значений тока и напряжения/ под редакцией Е.И Гольдштейна - Томск: Изд «Печатная мануфактура», 2003, с.89].
На фиг.1 приведена аппаратная схема устройства.
Заявленное устройство (фиг.1) содержит датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС), который подключен к объекту исследования. К датчику анализируемого сигнала 1 (ДАС) последовательно подключены дифференциатор 2 (Д), программатор определения площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), первый датчик опорного сигнала 4 (ДОС1). При этом, к программатору определения площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ) последовательно подключены первый программатор 5 (П1), второй датчик опорного сигнала 6 (ДОС2), программатор амплитудного значения по вольтамперной характеристике 7 (АВАХ), второй программатор 8 (П2), который связан с дисплеем или ЭВМ (не показано на фиг.1.). Датчик опорного сигнала 1 (ДАС) соединен с программатором амплитудного значения по вольтамперной характеристике 7 (АВАХ), а первый программатор 5 (П1) соединен со вторым программатором 8 (П2).
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 площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), программатор амплитудного значения 7 (АВАХ), дифференциатор 2 (Д), первый и второй программаторы 5 (П2) и 8 (П2), первый и второй датчики опорного сигнала 4 (ДОС1) и 6 (ДОС2) 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) исходный сигнал α(t) заданный отсчетами мгновенных значений в моменты времени
1
2
i
N
t, t,…t,…t;
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,
i
поступает на вход программатора определения амплитудного значения по вольтамперной характеристике 2 (АВАХ) и дифференциатора 2 (Д). В дифференциаторе 2 (Д) для исходного сигнала α(t) определяют производную
0
0k
n
и передают на программатор площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), одновременно с первого датчика анализируемого сигнала 4 (ДОС1) для частот ω…ω…ω в Рад/с с заданным шагом А<0д формируют опорный сигнал
0m
0m
0m
i
0
i
при этом принимают φ=-180…(φ+Δφ)…180, длина массива N и шаг дискретизации Δt принимают равными соответствующим параметрам исходного сигнала α(t), затем полученный опорный сигнал b(t) подают на программатор площади вольтамперной характеристики 3 (ПВАХ), где определяют площадь вольтамперной характеристики для точек совместного решения
BAXm
0m
BAXm
0m
0k
Выявляют максимальное значение площади вольтамперной характеристики при различных фазах mах[Q(φ)], максимальные значение площадей вольтамперной характеристики Q при различных фазах и соответствующие значения частот ω передают на первый программатор 5 (П1). В первом программаторе 5 (П1) выделяют частоты ω при которых
BAX
0m
BAXmax
Q(ω)≥Q·k
BAXmax
BAXm
0m
0m
0k
0k
0
i
0k
где Q=max[Q(ω)] - максимальное значение площади вольтамперных характеристикам при различных частотах ω, k - коэффициент фильтрации в процентах. Выделенные частоты ω передают на второй датчик опорного сигнала 6 (ДОС2) и на второй программатор 8 (П2). Во втором датчике опорного сигнала 6 (ДОС2) для частот ω определяют опорный сигнал b(t) для рассматриваемой частоты ω
0k
0k
0
i
0
при этом принимают φ=-180…(φ+Δφ)…180, длину массива N и шаг дискретизации Δt принимают равными соответствующим параметрам исходного сигнала α(t). Затем определяют площадь вольтамперной характеристики для точек совместного решения α(b)
и определяют амплитуду
где  - частота в Гц.
k
0k
k
k
0k
k
0k
mk
k
0k
k
k
k
В программаторе определения амплитудного значения по вольтамперной характеристике 2 (АВАХ) выявляют максимальное значение амплитуды при различных фазах max[Am(φ)], максимальное значение амплитуды Аm и соответствующее значение фазы φ=φ передают на второй программатор 8 (П2), где их запоминают вместе со значением ω=ω из первого программатора 5 (П1). После определения амплитуд А и фаз φ для всех значений частоты ω, на выход второго программатора 8 (П2) подают сигнал о готовности результатов спектрального анализа. О спектральном составе сигнала судят по значениям Аm, φ, ω и их либо передают на ЭВМ, либо выводят на дисплей.