УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ПЕРИОДИЧЕСКИХ МНОГОЧАСТОТНЫХ СИГНАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ИНТЕРГАРМОНИКИ И ЗАДАННЫХ ЦИФРОВЫМИ ОТСЧЕТАМИ

Полезная модель относится к области систем обработки информации и измерительной технике и может быть использовано для определения спектрального состава периодического многочастотного сигнала, содержащего интергармоники и заданного цифровыми отсчетами, при решении разнообразных задач передачи информации на расстоянии, контроля работоспособности электротехнических и электромеханических устройств.
7
Известно устройство для спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами [Патент РФ 2229140, МПК G01R 23/16, опубл. 20.05.2004], содержащее датчик анализируемого сигнала, выход которого соединен с входом первого программатора, датчик синусоидального опорного сигнала, выход которого соединен с входом второго программатора, датчик косинусоидального опорного сигнала, выход которого соединен с входом второго программатора, выход второго программатора соединен с входом первого программатора. Выход первого программатора соединен с входом вычислителя амплитудного значения и фазового угла выявленной спектральной составляющей.
Недостатком известного устройства является то, что при наличии частотных составляющих с близкими по значению частотами, анализ частотного состава исходного сигнала весьма затруднителен.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения.
Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для спектрального анализа периодического многочастотного сигнала, содержащего интергармоники и заданного цифровыми отсчетами, так же, как в прототипе, содержится датчик анализируемого сигнала, к которому последовательно подключен первый и второй программаторы.
Согласно полезной модели, второй программатор последовательно соединен с первым вычислителем и четвертым программатором, который связан с ЭВМ, датчик анализируемого сигнала соединен с третьим программатором, который соединен со
вторым программатором, причем второй программатор соединен со вторым вычислителем и четвертым программатором.
Заявленное устройство спектрального анализа многочастотных периодических сигналов, представленных цифровыми отсчетами, имеет существенные преимущества, так как повышает селективность выявления частотных составляющих исходного сигнала. Также с помощью заявленного способа появляется возможность автоматизированного и обоснованного выявления частотных составляющих с настройкой чувствительности. Предлагаемый способ позволяет определить спектральный состав сигнала в интересующем диапазоне частот.
На фиг.1 приведена аппаратная схема устройства, реализующего рассматриваемый способ спектрального анализа.
Заявленное устройство (фиг.1) содержит датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС), к которому последовательно подключены первый программатор 2 (П1), второй программатор 3 (П2), первый вычислитель 4 (В1) и четвертый программатор 5 (П4), связанный с дисплеем или ЭВМ (не показаны на фиг.1). Датчик анализируемого сигнала 1 (ДАС) соединен с третьим программатором 6 (П3), который подключен к второму программатору 3 (П2). Второй программатор 3 (П2) соединен с четвертым программатором 5 (П4) и вторым вычислителем 7 (В2), который подключен к четвертому программатору 5 (П4).
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). Программаторы 2 (П1), 3 (П2), 6 (П3) и 5 (П4), вычислители 4 (В1) и 7 (В2) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя atmel AT89S53. Для работы пользователя может быть предусмотрена кнопочная клавиатура FT008, имеющая 8 кнопок.
С выхода датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) исходный сигнал  поступает на входы первого программатора 2 (П1) и третьего программатора 6 (П3). В первом программаторе 2 (П1) определяют значения мгновенной спектральной плотности  и  по формулам
с задаваемым шагом  и диапазоном  по частоте, начиная с минимального значения частоты. В третьем программаторе 6 (П3) определяют значения вспомогательной мгновенной спектральной плотности ,  и  по формулам
с задаваемым шагом  и диапазоном  по частоте, начинания с минимального значения частоты. С выходов первого программатора 2 (П1) и третьего программатора 6 (П3), значения ,  и  поступают на вход второго программатора 3 (П2), где определяют разность значений  мгновенной  и вспомогательной мгновенной  спектральных плотностей и выявляют частоты содержащиеся в сигнале (находят экстремумы характеристики ) по условию . С выхода второго программатора 3 (П2) на вход первого вычислителя 4 (В1) последовательно поступают значения , для частот  при которых выполняется условие , где определяют амплитуды всех заданных частотных составляющих исходного сигнала по формуле
.
Одновременно, с выхода второго программатора 3 (П2) на вход второго вычислителя 7 (В2) поступают последовательно значения  и  для частот  при которых выполняется условие , в котором определяют фазу сигнала по формуле
и уточняют по условию
при  и ;
при  и ;
при  и ;
при  и .
Одновременно, с выхода второго программатора 3 (П2) на вход четвертого программатора 4 (П2) передают значения частот  при которых выполняется условие . С выходов вычислителей 4 (В1) и 7 (В2) на вход четвертого программатора 5 (П4) передают значения амплитуды  и фазы , после окончания расчетов амплитуды и фазы, в котором их ставят в соответствие частоте , переданной со второго программатора 3 (П2) и сохраняют. Так как время определения значений , , , , ,  и  на порядок больше, чем время определения амплитуды  и фазы , сразу после передачи значений , ,  и  во втором программаторе 3 (П2) производят определение указанных значений для следующей (большей) частоты. Операцию повторяют до тех пор, пока во второй программатор 3 (П2) не приходит значение частоты . В этот момент на выход программатора 4 (П2) подают сигнал о готовности результатов спектрального анализа  и либо передают на ЭВМ, либо выводят на дисплей.