Устройство для определения коэффициента фурье

О П И С А Н И Е 59 О 764ИЗОБРЕТЕН ИЯ Сока Советских Социалистических(51) М, Кл.- 6 066 7,/ с присоединением заявки М Гасударственный комите Совета Министров СССР(43) Опубликовано 30.01. (45) Дата опубликования ДК 681.335(088.8) В о.;ссописания 07.03.78 о леваи изобретении открытий(71) 3 а я ил с; Киевский ордена Ленина политехнический ииститут им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕФУРЬЕ ЭФФИЦИЕНТОВ 2 Изобретение отцосится к области вычислительной техники и может быть использовано для анализа комплексных спектров периодических сигналов.Известны устройства для определения коэффициентов Фурье электрических сигналов.Одно цз известных устройств содержит гецератор сицусоидальиого ц косциусоцдальцого напряжений с измепяемой частотой, пере- множители ц интеграторы 1.Наиболее близким техническим рсшешем к данному изобретешцо является устройство для цзмерецця коэффициентов Фурье, содержащее блоки усреднения, выходы которых являются первым и вторым выходами устройства соответственно, две группы блоков умножения, первые входы каждого из которых сосдццецы с выходами гсисратора ортогональных сигналов, выходы всех блоков умиожеция первой группы через соотвстствующце блоки задания коэффициентов сосдццсцы со входами первого сумматора, а выходы всех блоков умножения второй группы через соответствующие блоки задания коэффициентов - со входами второго сумматора, ц блок управления, вход которого подключен к выходу источника анализируемого сигнала, а выход - ко входу генератора ортогоиальиых сигналов 2.Недостатком известных устройств является то, что оиц позволяют измепять лишь коэффцццецты Фурье ацализпрусмого сигнала 5(Ц,10, Т 1, в то время как значительный практический ццтерес представляют его амплитудный и фа "оцый спектры.5 Целью изобретения является расширениефуцкццоиальцых возможностей устройства для определения коэффцццсцтов Фурье.Поставлеицая цель достигается тем, что устройствоо для опрсделецця коэффициентов 10 Фурье содержит управлясмыс двухцозцццоццыс псреклочателц ц послсдоватсльцо сосдцнсциыс дополнительный сумматор ц полосовой фильтр, выход которого является третьим выходом устройства, первые контакты пер вого и второго двухпозцццониых переключателей подклочсиы к выходу источника ацалцзцрусмого сигнала, вторыс контакты подключецы соотвстствеццо к выходам первого ц второго блоков усрсдцецця, а переключающие 2 коптакты сосдццецы соотвстстзсццо со зторымц Входамц олоков умцоткецця ооепх г 1 ззпп, псрвыс контакты третьего ц четвертого дзухпозцццоццых псрсклюатслсй подключсиы ко входам дополнительного сумматора, вторые 25 контакты сосдццены соотвстствеццо со входазц первого ц второго олоков усреднения, а переключающие коцтакты третьего и четвертого двухпозиццоццых переключателей подключецы соответственно к выходам первого и второго сумматоров, управляющие входы всехдвухпознцпонных переключателей подключены ко второму выходу блока управления.На чертеже прсдставлена структурная схема устройства для определения коэффициентов Фурье, выполненная согласно данному изоб ретеншо.Устройство содержит блоки усреднения 1 и 2, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами устройства, Ко входам блоков усреднения подключены первые контакты управляемых двухпозициоппых перекл)очателей 3 и 4, псреключающие контакты которых соединены с сумматорами 5 и б. Входы сумматоров через блоки задания коэффициентов 7 и 8 связаны с соответствующими группами блоков умножения 9 и 10. Первые входы блоков умножения соединены с выходами генератора ортогональных сигналов 11, а вторые входы каждой группы объединены и связаны соответственно с переключающими контактами управляемых двух- позиционных переключателей 12 и 13. Первые контакты этих переключателей подключены к выходу источника анализируемого сигнала 14, вторые контакты - соответственно к выходам блоков усреднения 1 и 2. Вторые контакты переключателей 3 и 4 соединены со входамп сумматора 15, к выходу которого подключен полосовой фильтр 16. Управляющие входы всех переключателей связаны со вторым выходом блока управления 17, первый выход которого подключен ко входу генератора ортогональных сигналов 11, а вход - к источнику анализируемого сигнала 14.Работа устройства происходит следующим образом.При измерении коэффициентов Фурье, соответствующих и-ому спектральному компоненту, одновременно с началом анализируемого сигнала 5, Е10, Т 1 включается генератор 11, последовательно и раз подряд вырабатывающий У ортогональных прямоугольных импульсов единичной амплитуды, В блоках 9, 10 каждое импульсное напряжение персмножается с анализируемым сигналом. Так как амплитуда импульсных напряжений равны единице, умножение сводится к простому коммутированию анализируемого сигнала на время, равное длительности импульса, В качестве блоков умножения используют ключевые устройства, имеющие широкий частотный и динамический диапазон. Результаты умноигення сггммируются в сумматоре 5 с весами, определяемыми блоками 7, а в сумматоре б - весами, определяемыми блоками 8. В блоках 7 устанавливают веса, пропорциональные велиггинамТ/и гг 2 гсп 1 а,= -соз гес 1 Х т. А о г - егГгг - тцпгг- аге а в блоках 8 - пропорцпональныс величинам(2) Величины а, являются коэффициентамиФурье разложения одного периода колебания2 списоз в ряд по системе Л/ ортого Тнальных импульсов на отрезке, равном длительности одного периода этого колебания.Величины Д; - коэффициенты Фурье разложения в ряд по системе Л( ортогональных пря 1 о моугольных импульсов одного периода коле 2 т.п 1бания з 1 п на отрезке, равном одТному периоду этого колебания. Как следует из формул (1) и (2), а; и Рес не зависят от 20 номера измеряемой гармоники.После усреднения в блоке 1 выходного напряжения сумматора 5 получают напряжение) аВ,Т/пМ о приближенно равное четному коэффициенту з 5 Фурье разложения сигнала в ряд по системетригонометрических функций.Усредненное блоком 2 напряжение сумматора 6 дает приближенное значение нечетного коэффициента Фурье;40 т= -Ь,гес 1(о г:1т л/х г /) " ) ( гг= - 5/г)гесгХо г:ю1 - гТ(пИ - Т(пЛТ(п 1)гПо истечении времени Т, когда напряженияна выходах блоков усреднения пропорциональны коэффициентам Фурье а, и бпо команде, вырабатываемой блоком управления 17, на время т происходит переключение двух- позиционных переключателей 3, 4, 12, 13, при этом блоки усреднения переводятся в режим О 0 запоминания, выход блока 1 соединяется совторыми входами группы умножителей 10, выход блока 2 - со вторыми входами группы умножителей 9, выходы сумматоров 5 и 6 под ключаются к дополнительному сумматору 15.Кроме того, в момент времени (= Т но коман 590764Лс, вырабатываемой блоком управления 17, генератор 11 переводится в режим, при котором обеспечивается не менее чем однократное за время т генерирование системы ортогональных напряжений.Если применен генератор 11 ортогоцальных прямоугольных импульсов едицц пюй амплитуды, для Т-.т(Т+т выходные напряжения сумматоров 5 и 6 соответственно равны:=аз 1 пт= 1, 2, 3, ; прп т= 1 обеспечивается однократное за время т генерирование системы ортогональных прямоугольных импульсов.Выходное напряжение У. дополнительного сумматора 15 равноУу,: Ь е 6 + Угба напряжения на выходе полосового фильтравых:аа+ л 81 П ( -+ аГС 1 яал 1=АЗ 1 П " 1+Следовательно, амплитуда выходного напряжения полосового фильтра пропорциональна модулю А и-го спектрального компонента, а сдвиг фазы относительно одного из входных напряжений дополнительного сумматора равен начальной фазеи-го спсктрального компонента.Аналогичные результаты дает применение в качестве генератора 11 генератора ортогональных напряжений, изменяющихся по функциям Уолша или Хаара,Изобретение расширяет функциональные возможности известного устройства, так как обеспечивает, кроме определения коэффициента Фурье, измерение амплитудного и фазового спектра анализируемого сигнала. Формула изобретенияУстройство для определения коэффициентовтов Фурье, содержащее блоки усреднения, вы ходы которых являются первым и вторым выходами устройства соответственно, две группы блоков умножения, первые входы каждого из которых соединены с выходами генератора ортогональных сигналов, выходы всех 10 блоков умножения первой группы через соответствующие блоки задания коэффициентов соединены со входами первого сумматора, а выходы всех блоков умножения второй группы через соответствующие блоки задания ко эффициентов - со входами второго сумматора, и блок управления, вход которого подключен к выходу источника анализируемого сигнала, а выход - ко входу генератора ортогональных сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 20 что, с целью расширения функциональных возможностей, оно содержит управляемые двух- позиционные переключатели и последовательно соединенные дополнительный сумматор и полосовой фильтр, выход которого является 25 третьим выходом устройства, первые контакты первого и второго двухпозиционных переключателей подключены к выходу источника анализируемого сигнала, вторые контакты подключены соответственно к выходам перво го и второго блоков усреднения, а переключающие контакты соединены соответственно со вторыми входами блоков умножения обеих групп, первые контакты третьего и четвертого двухпозиционных переключателей подключены 35 ко входам дополнительного сумматора, вторыеконтакты соединены соответственно со входамц первого и второго блоков усреднения, а переключающие контакты третьего и четвертого двухпозиционных переключателей под ключены соответственно к выходам первого цвторого сумматоров, управляющие входы всех двухпозиционных переключателей подключены ко второму выходу блока управления.45 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Харкевич А, А. Спектры и анализ, М.,Физматгиз, 1962, с. 111.2. Авторское свидетельство СССР446073,50 кл. б 06 6 7/19, 1974.590764 Составитель О. СахаровТехред А. Камышннкова Корректоры: Е. Хмелеваи А. Степанова Редактор Р. Киселева Подписное Типография, пр. Сапунова, 2 Заказ 3262/12 зд. Юе 174 Тираж 818 НПО Государствснного комитета Совета Министров СССР по дслагп изобретений и открытий 113035, Москва, )К, Раушская наб., д. 4/5