Способ определения амплитуды и фазы гармонических составляющих сигнала

(72) Г,П, Гаев, А.Б. Сммов ов и В.С. ГерасиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(53) 620.1.05:531.382 (088.8) (56) Авторское свидетельство ССС М 1315844, кл. 6 01 М 1/22, 1986,Авторское свидетельство ССС М 1257548, кл, 6 01 й 23/16, 1984(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУ ДЫ И ФАЗЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ СОСТАВ ЛЯЮЩИХ СИГНАЛА(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет построения оптимального фильтра и устранения динамической погрешности, Сигналы по информационной шине 8 и шине 9 синхронизации поступают соответственно на магнитофон 1 и блок б управления. Зарегистрированный сигнал поступает в анализатор 2, где определяются его частотно-временные характеристики, по которым вычислитель 3 определяет оптимальные параметры фильтра 4. После фильтрации вольтметром 5 и фазомегром 7 измеряют амплитуду и фазу сигнала, 2 з.п. ф-лы, 1 ил,51015 35 40 45 50 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляопределения параметров сигналов, несущих информацию о каком-либо физическомпроцессе, например для определения параметров вектора дисбаланса,Цель изобретения - повышение точности путем построения оптимального фильтраи устранения динамической погрешностипри возможном изменении частоты.На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего способ,Способ заключается в том, что электрический сигнал, несущий информацию о физическом процессе, регистрируют наинтервале, кратном периоду измеряемойгармонической составляющей, формируютпоследовательность коротких импульсов стем же периодом следования, определяютчастотно-временные характеристики зарегистрированного сигнала, по их значениямопределяют передаточную характеристикуфильтра, фильтруют им зарегистрирован, ный сигнал. Кроме того, фильтрации подвергают сигнал, сформированный путемпериодического повторения ранее зарегистрированного сигнала. Зарегистрированный сигнал дискретизируют по времени спериодом дискретизации, меньшим периода вращения механизма, преобразуют вцифровую форму, определяют число отсчетов Й цифровой последовательности ифильтрацию выполняют путем дискретногопреобразования Фурье цифровой последовательности в соответствии с выражением12 ДаКЯ(1) = х(п)еп=Огде и - текущий номер отсчета последова,тельности хп);К - число оборотов, в течение которыхпроизводится регистрация,Цифровую последовательность корректируют с помощью весовой решетчатой. функции.Параметры отфильтрованного сигналаопределяют как результат осреднения промежуточных значений, получаемых путеммногократного повторения измерительнойпроцедуры.Устройство для реализации способа содержит последовательно соединенные магнитофон 1, анализатор 2, вычислитель 3,перестраиваемый фильтр 4, второй вход которого соединен с выходом магнитофона 1,и вольтметр 5, соединенный с управляющимвходом магнитофона 1, блок 6 управления исоединенный с вторым выходом последнегофазометр 7. Входы магнитофона 1 и блока 6управления соединены соответственно с информационной шиной 8 и шиной 9 синхронизации,Устройство реализует способ следующим образом.В качестве примера рассматривается определение параметров вектора дисбаланса, Способ осуществляют поэтапно. В исходном состоянии на информационную шину 8 поступает электрический сигнал, пропорциональный вибрациям механизма; на шину 9 синхронизации поступают импульсы от датчика положения ротора механизма,Первый этап - регистрация электрического сигнала. С приходой очередного импульса по шине 9 синхронизации блок 6 управления включает магнитофон 1 в режиме "Запись". Длительность записи блок 6 управления определяет путем подсчета количества импульсов, поступающих на его вход по шине 9 синхронизации, и сравнения его с числом оборотов ротора механизма, в течение которых должен регистрироваться сигнал,Второй этап - определение передаточной характеристики перестраиваемого фильтра 4; Блок 6 управления переводит магнитофон 1 в режим "Воспроизведение". Воспроизведенный сигнал поступает в анализатор 2, где определяются его частотновременные характеристики. По значениям этих характеристик вычислитель 3 определяет параметры фильтра 4 и управляет перестраиваемым фильтром 4 таким образом, что передаточная характеристика последнего устанавливается в соответствии со значением вычисленных параметров,Третий этап - определение вектора дисбаланса. Блок 6 управления повторно переводит магнитофон 1 в режим "Воспроизведение", Электрический сигнал подвергается фильтрации и поступает на вход вольтметра 5 и вход фазометра 7, с помощью которых определяются соответственно амплитуда и фаза вектора дисбаланса,Фильтрация сигнала, в частности, может быть выполнена с помощью цифровых фильтров или путем дискретного преобразования Фурье(ДПФ). В случае применения ДПФ происходит свертка исходного сигнала с функцией прямоугольного окна (имеющего единичные значения во время выборки сигнала и нулевые во все остальные моменты времени), что, по существу, также соответствует фильтрации, Коррекция цифровой последовательности весовой решетчатой функцией (часто называемой также функцией окна) обеспечивает более эффективное подавление боковых лепестковпередаточной функции эквивалентного фильтра ДПФ. Фильтрация сигнала, зарегистрированного за конечный отрезок времени, с помощью ДПФ позволяет получить наименьшую иэ всех возможных ширину полосы пропускания фильтра, что позволяет в большей степени,чем в других способах, ослабить влияние помех на результат измерений,Может использоваться. и аналоговый фильтр, перестраиваемый с помощью изменения номиналов пассивных элементов, дискретно-аналоговый фильтр на переключаемых конденсаторах, цифровой рекурсивный фильтр или эквивалентный фильтр ДПФ. Изменение передаточной функции фильтра заключается прежде всего в установке его центральной частоты в соответствии со средней частотой следования импульсов сопровождающей последовательности за отрезок времени, в течение которого происходит регистрация сигнала. Соответствие остальных характеристик фильтра параметрам сигнала покажем на примере установки ширины полосы пропускания фильтра, Она может быть определена по результатам измерения спектральной плотности мощности (СПМ) зарегистрированного сигнала, В случае отсутствия значительных спектральных составляющих в окрестности частоты следования сопровождающих импульсов ширина полосы пропускания фильтра устанавливается большеЙ чем при наличии значительных спектральных составляющих в окрестности этой частоты. В устройстве, на примере которого поясняется способ, возможно использование цифрового рекурсивного фильтра на базе микро-ЭВМ с соответствующим программным обеспечением.Вычислитель может быть выполнен на базе управляющей микро-ЭВМ и объединен с фильтром. Характеристиками зарегистрированного сигнала, поступающего на вход вычислителя, могут быть; СПМ, интервал Корреляции и др. На основе этих характеристик вычислитель по соответствующей программе рассчитывает необходимую передаточную функцию фильтра и устанавливает значения элементов фильтра, который ее реализует,Блок управления предназначен для управления регистрацией сигнала и его последующим воспроизведением. Он снабжен пультом, с помощью которого оператор задает число импульсов сопровождающей последовательности К определяющее время регистрации сигнала. После этого оператор с помощью соответствующей клавиши подает команду "Старт", и блок управления по25 ЗО 35 тельности, измеряют частотно-временные 40 характеристики зарегистрированного сигнала и по их значениям синтезируют пере 50. где и - текущий номер отсчета последова 5 10 15 20 приходу первого синхроимпульса включает магнитофон. После поступления К-го синхроимпульса в блок управления он выдает команду на прекращение регистрации сигнала и переводит магнитофон в режим воспроизведения. Минимально возможная полоса пропускания фильтра всоответствии с теоремой неопределенности обратно пропорциональна длительности зарегистрированного сигнала. Исходя из требований к ширине полосы пропускания фильтра и вы- бирается число импульсов сопровождающей последовательности.Эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом определяется повышением точности измерений. Это достигается за счет анализа зарегистрированного сигнала, определения параметров фильтра, наиболее полно отвечающих тоебованиям к выделению гармоник частоты вращения иэ его спектра, и фильтрации зарегистрированного сигнала с его помощью. Формула изобретения 1. Способ определения амплитуды и фазы гармонических составляющих сигнала, заключающийся в том, что сигнал регистрируют, воспроизводят, фильтруют и измеряют параметры отфильтрованного сигнала, о т л и ч а ю Щ и й: я тем, что, с целью повышения точности, перед регистрациеЙ формируют короткие импульсы с периодом повторения, равным периоду измеряемой гармонической составляющей сигнала, регистрацию сигнала осуществляют нэ ин.тервале времени, кратном периоду сформированной импульсной последовадаточную характеристику фильтра. 2, Способ по и. 1, о т л и ч а ю щи й с я тем, что зарегистрированный сигнал дискретизируют по времени, преобразуют в цифровую форму, определяют число отсчетов М полученной цифровой последовательности и фильтрацию выполняют посредством дискретного преобразования Фурье цифровои последовательности в соответствии с выражением 1Я ( К ) = - , х ( п ) ехр( - ) глПКIИ ), п=О тельности х(п); к - число периодов импульсной последовательности, в течение которых производится регистрация.16138973, Способ по и. 2, о тл и ч а ю щ и й с я ректируют спомощью весовой решетчатойтем, что цифровую последовательность кор-. функции.Составитель Ю.КругловРедактор СЛисина Техред М,Моргентал Корректор А.ОбручарЗакаэ 3887 Тираж 448 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинзт "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101