Устройство для измерения частотных характеристик

. П. Попов и А, А. Чернош Респубтиканский Министерства з формационно-вычислительный центравоохранення Белорусской ССР) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК фроаналовысших Изобретение относится к электроиэмерениям и может использоваться для анализа частотных характеристик объектов исследования, в том числе нелинейных объектов.Известны измерители частотных харак 5 теристик, основанные на выделении спектральных компонент, содержашихся в вь ходном сигнале 1.В качестве измерителя частотных характеристик могут использоваться также известные анализаторы спектра, если в качестве исследуемого сигнала выб ть выходной сигнал исследуемого объе та 2,является ь ра кте еской сушустройарактерисскажежашеения син которых Недостатком этих устройств их невысокая точность. Наиболее близким по технич ности к предлагаемому является ство для измерения частотных х тик и коэффициента нелинейных и ний объекта исследования, содер генератор, два канала формирова соидвльного сигнала, каждый изсодержит делитель частоты, пиговый преобразователь, фильтрчастот, причем второй канал содержит также управляемый фазоврашател и аттенюатор 3. Выход первого канала соединен с исследуемым объектом, выход объекта подключен к первому входу вычитаюшего устройства, а на второй вход вычитаюшего устройства подключен выход второго канала. Изменяя фазу и амплитуду синусоидального напряжения во втором канале, добиваются минимума напряжения некомпенсации, получаемого на выходе вычитаюшего устройства. Применение в указанном устройстве компенсационного метода измерений позволяет получить достаточную точность измерения частотных характеристик.Недостатком этого устройства является невозможность исследования частотных характеристик нелинейных объектов. Кроме того, это устройство не позволяет изучить характер нелинейности объекта, а также частотныехарактеристики объекта при воздействиина обьект сигнала произвольной формы,например импульсов (прямоугольных,экспоненциадьных),Цель изобретения расширение функциональных Возможностей устройства, аименно обеспечение возможности исследования частотных характеристик нелинейных объектов и определение характеранелинейности исследуемого объекта,Ддя достижения поставпенной цели Вустройство ддя определения частотныххарактеристик объекта исследования, содержащее генератор сигналов и блокэкстремального значения, выход которого через блок управления подключенк управляющему Входу генератора сигналов, а также вычитающий блок, дополнительно вводят запоминающее устройство, вход которого подключен к Выходувычитаюшего устройства, а выход запоминающего устройства подключен к суммирующему входу вычитавщего бпока,первому входу блока оценки подобия ипервому входу регрессиометра, второйвход которого связан с выходом генератора сигналов, первым входом элемента И с входом бцока задержки, а выходрегрессиометра подключен к первомувходу перемножитедя, второй вход которого связан с выходом блока задержки,а выход - со вторым входом бпока оценки подобия, выход которого подключенко входу экстремального значения, приэтом вычитающий вход вычитаюшегоустройства соединен с выходом элемента И, второй вход которого подключенк блоку управления, причем генераторсигналов содержит последовательно соединенные регистратор-задатчик параметров, этапонный цифровой генератор ипреобразоватедь код-аналог.На чертеже приведена структурнаясхема предлагаемого устройства.Устройство содержит генератор сигналов 1, запоминающее устройстВо 2,регрессиометр 3, элемент И 4, вычитаюший блок 3, бпок задержки 6, блокуправления 7, блок 8 экстремальногозначения, перемножитедь 9, блок 10оценки подобия, регистратор-задатчик 11,этадонный цифровой генератор. 12, преобразователь,13 код-аналог и объект исследования 14,При определении амплитудно-частотной иди фазо-частотной характеристиклинейных объектов устройство работаетследующим образом. 7408 ДПодавая на вход исследуемого объекта 14 синусоидадьный сигнал заданнойчастоты и единичной амплитуды с эталонного генератора 12, последовательно соединенного с преобразоватепем 13код-анадог, на выходе объекта 14 получают выходной сигнал, который в видеконечной реализации записывается в запоминающее устройство 2. После этого 10 генератор сигналов 1 отключают от исследуемого обьекта и подключают к входурегрессиометра 3, Одновременно навторой вход регрессиометра с выходазапоминающего устройства 2 поступает 15 реадизация выходного сигнада исследуемого объекта 14.Регрессиометр 3 вычисляет коэффициент регрессии исследуемого выходногосигнала 1 объекта 14 исследования по20 эталонному сигналупо формулеМС х ) щсх; - щРМгде= 1,2., .И - точка реализации;Ф щ- математическиеуожидания сигналову, и .Эталонный сигнап, задержанный навремя работы регрессиометра 3 в бпоке 6 задержки, перемножают на вычисденный в регрессиометре коэффициентрегрессии А и подученная на выходе перемножитедя 9 регрессионная модельэталонного сигнала подается в бдок 10оценки подобия, на второй вход которогопоступает сигнал из запоминающего устройства 2. Блок 10 опредепяет степеньподобия регрессионной модеди эталонногосигнала исследуемому выходному сигналу обьекта 14 по выбранному критерию,например по минимуму среднеквадратично.го откдонения.Ма 5 1"- Е. СЬ; " )-М"- Б, ф)1= тБпок 8 экстремального значения спомощью бдока управления 7 изменяетгфазу синусоидадьного сигнада этадонно Ого генератора 1 до тех пор, пока небудет достигнут минимум среднеквадратичного отклонения 1 регрессионной модели эталонного сигнала от исследуемого выходного сигнала объекта 14. Значения коэффициента регрессии А и фазыф при достижении минимума .1 есть,соответственно, усиление по амтщитуде и фазовый сдвиг объекта 14 исследования на заданной частоте.Найденная компонента вновь генерируется генератором 1 сигналов и по- даатся на вход элемента И 4, на второй вход которого в это время приходит разрешающий сигнал с устройства управления 7, С выхода элемента И сгенерированный сигнал , поступает на вычитвюший вход вычитаюшего блока 5, на суммируюший вход которого подается реализация выходного сигнала из запоминаюшего устройства 2, Выход вычитаюшего блоха 5 подключен к входу запоминающего устройства 2. Таким обовзом, в запоминвюшее устройство поместится выходной сигнал исследуемого обьекта 14 за вычетом уже найденной компоненты, Анализируя полученный остаток, находят очередную спектральную компоненту. Ана-логично за К этапов анализа получаютК 55 5 68Изменяя чвстоту М эталонного сигнала по всему исследуемому диапазонучастот, причем каждый раз устанавливая начальную фазу , повторяют описанные выше действия и получают ампл итудно-частотные и фазо-частотныехарактеристики линейного объекта.При исследовании нелинейного объекта основной задачей становится определение спектральной характеристики выходного сигнала объекта при воздействиина объект эталонного сигнала заданнойчастоты. В этом случае после заполнениязапоминаюшего устройства 2 реализацией выходного сигнала объекта 14 исследования генератор 1 сигналов отключают от объекта исследования и, нодключив к. регрессиометру 3, находят как иранее минимум среднеквадратичного отклонения регрессионной модели эталонного сигнала от исследуемого сигнала.Однако поиск такой модели находят какизменением фазы ф, так и изменениемчастоты (.д эталонного сигнала: вначале при фиксированной частоте Ы изменяют фазуот -Д: до Й , затемизменяют частоту М и вновь повторяют"просмотр по фазе и т.д, Найденнаятаким образом спектральная компонентаобладает максимальной относительнойэнергией, так как она имеет минималь-,ное среднеквадратичное отклонение отисследуемого сигнала, Параметоы найденйой компоненты - частота Ы , фазаи амплитуда, равная соответствуюшему коэффициенту регрессии Л ,фиксируется В регистраторе-задатчике 11параметров, 740 8 30 1. Устройство для измерения частотных характеристик, содержащее генератор сигналов и блок экстремального значения, выход которого через блок управления подключен к упоавпяюшему входу генератора сигналов, а также вычитаюший блок, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, В него дополнительно введены элемент И, блок задержки, перемножитель, регрессиометр, блок оценки подобия и запоминающее устройстВо, Вход которого подключен к выходу вычитаюшего блока, а выход запоминающего устройства подкпючен к суммирующему входу вычитаюшего блока, первому входу блока оценки подобия и первому вхо 35 до 45 ду регрессиометра, второй вход которого связан с выходом генератора сигналов, пеовым входом элемента И и входом блока задержки, а выход регрессиометра подключен к первому входу перемножителя, второй вход которого связан с выходом блока задержки и выход перемножителя соединен со вторым входом блока опенки подобия, выход которого подключен ко входу блока: экстремального значения, при этом 5 0 15 20 25 спектральных компонент, упорядоченныхпо убыванию энергии,Если целью исследования объектаявляется определение характера нелинейности объекта, то после подачи навход объекта 14 стандартного сигналаи заполнения запоминаюшего устоойства2 реализацией выходного сигнала, генератор 1 сигналов, отключив от объектаи подключив его к регрессиометру 3,переводят в режим генерации произвольных функций. Блок 8 экстремальногозначения через блок управления 7 изменяет в этом случае как параметрыэталонного сигнала при неизменнойфункции, так и саму функцию.Применение в изобретении регрессионного метода для выделения спектральныхкомпонент содержащихся в выходномсигнале объекта, а также использованиеэталонных сигналов произвольного видапозволяют с высокой точностью измерять частотные характеристики квк линейных, так и нелинейных объектов, атакже выявлять характер нелинейностиобъекта. Формула изобретения7 687408 8 вычитавщий вход вычитавщего блока Источники информации, принятые во соединен с выходом элемента И, второйвнимание при экспертизе вход которого подключен к второму вы. Авторское свидетельство СССР ходу блока управления. Ъ 472306, кл. 5 01 Я 23/165 25.02.74.2; Устройство по и. 1, о т л и - 2, Авторское свидетельство СССР ч а в щ е е с я тем, чтогенератор Мр 321768, кл. О 01% 23/16, сигналов содержит последовательно сое,03,70. диненные регистратор-задатчик парамет, Авторское свидетельство СССР ров, эталонный цифровой генератор и 1 О М 434330, кл. 8017 23/16, преобразователь код-аналог. 05.07,72, ,пС оставитель В. Муляр Редактэр Т. Иванова Техред М, Келемещ Корректор Г. Назарова Заказ 557 1/42 Тираж 1090 Подписное ЫНИИПИ Государственного комижта СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патечт", г, Ужгород, ул. Проектная, 4