Цифровой анализатор гармоник

Сова Советскнк Социалистических Реслублнк(22) Заявлено 29,07. 79 (21) 2806782/18-21 (51) М Кл с присоединением заявки йо(23) Приоритет С 01 В 23/16 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.361(088.8) Дата опубликования описания 15. 04 . 81 с С.Н. Гришкин, В,К, Белов, В.И. Петухови К.П, Тиханович(72) Авторы изобретения 7 Заявитель анский радиотехнический институт ЦИФРОВОЙ АНАЛИЗАТОР ГАРМОНИК которог чечения в Изобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено, в частности, для измерения первых гармоник реакции объекта на моногармоническое сканирующее воздеиствие в системах виброиспытаний,Известен циФровой анализатор гармоник, содержащий аналого-циФровой преобразователь, цифразой синус-косинусный генератор, два умножителя, 10 два цифровых сглаживающих Фильтра, два регистра хранения текущихзначений квадратурных составляющих, два квадратора, сумматор и блок извлечения квадратного корня, причем выход 15 аналого-цифрового преобразователя сбединен с первыми входами умножителей, два выхода синус-косинусного генератора соединены со вторыми входами умножителеи, выходы умножителей 20 соединены с первыми входами соответствующих сглаживающих фильтров, выходы которых соединены со входами соответствующих регистров хранения текущих значений квадратурных составляю щих и со входами соответствующих квадраторов, выходы упомянутых регистРов соединены со вторыми входами соответствующих цифровых сглаживающих Фильтров, выходы квадраторов соединены 30 о входами сумматора, выход осоединен со входом блока изв.квадратного корняНедостатком данного анализаторагармоник являются большие затратыоборудования, что снижает надежность устройства. Это связано с необходимостью выполнения операции умножения отсчетов входного сигнала наотсчеты синусной и косинусной функций, которые представляют собой,как правило, дробные числа с весьмавысокой разрядностью,Цель изобретения - по ышение надежности устройства.Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровой анализатор гармоник, содержащий аналого-цифровойпреобразователь, два регистра хранения текущих значений квадратурныхсоставляющих, два квадратора, сумма:тор, блок извлечения квадратного корня и два цифровых сглаживающихФильтра, выходы которых соединенысо входами соответствующих регистровхранения текущих значений квадратурных составляющих и со входамисоответствующих квадраторов, выходыупомянутых регистров соединены с первыми входами соответствующих цифро822072 50 55 60 регистров соединены с первыми входами соответствующих цифровых сглажиб 5 вающих фильтров, а выходы квадратовых сглаживающих фильтров, а выходы квадраторов соединены со входами сумматора, выход которого соединен со входрм блока извлечения квадратного корня, введены блок формирова-, ния весовых функций и два сумматоравычитателя, первые входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, вторые входы - с выходами блока формирователя весовых Функций, третий выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового Преобразователя, а выходы сумматоров-вычитателей соединены со вторыми входами соответствующих сглаживающих фильтров.На Фиг. 1 приведена структурная схема анализатора гармоник; на Фиг. 2 и 3 - амплитудно-частотные характеристики фильтров и вид весовых функций для Е =2.Анализатор (фиг.1) содержит аналого-цифровой преобразователь 1, сумматоры-вычитатели 2 и 3, блок 4 формирования весовых функций, регистры хранения текущих значений квадратурных составляющих 5 и б, цифровые сглаживающие фильтры 7 и 8, квадраторы 9 и 10, сумматор 11, блок 12 извлечения квадратного корня.Анализатор работает следующим образом.Входной сигнал с преобразователя 1 преобразуется в цифровую форму в моменты времени, определяемые блоком 4. Затем отсчеты входного сигнала поступают на сумматоры-вычитатели 2 и 3 квадратурных каналов, где осуществляется выделение первой гармоники частоты анализа ы= - по котд мандам с блока 4. Блок 4 формирования весовых функций выдает результат последовательной сверки весовой функции фильтра с передаточной функцией вида 1-: и Е весовых функцийфильтров с передаточной функцией вида 1-ЕИэ приведенных амплитудно-частотных характеристик таких фильтров (фиг.2) видно, что при ЮА= - всеХаТ гармоники частоты шА коме первой, будут устранены, еслив ф 2 К и,: - ; пП П 1О П 11К фгде К; = 3; 5; 7;Хпростые числа;наибольшее простое числосреди номеров устраняемых гармоник;количество простых чиселсреди номеров устраняемыхгармоник. Результат последовательной свертки элементарных весовых функций для 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 Я =2 (фиг.3 г), гце К = 3, К = 5 :5), нк), покаэывает, что весовая функция фильтра гармоник представляет собой последовательность отсчетов, неравномерно расположенных во времени с весами, равными + 1, так как для реализации процедуры взвешивания с. весами + 1 не нужен умножитель, а достаточно сумматора-вычитателя, требующего значительно меньших аппаратурных затрат, это также относится и к замене цифрового синус-косинусного генератора блоком формирования весовых функций. Весовые функции в квадратурных каналах сдвинуты друг относительно друга вотвремени на 4 . Далее сигнал обрабатывается в сглаживающих фильтрах 7 и 8, представляющих собой цифровые узкополосные фильтры нижних частот, которые определяют разрешающую способность анализатора по частоте. После окончания процесса вычисления квадратурных составляющих на данной частоте в квадраторах 9 и 10 полученные значения квадратурных составляющих возводятся в квадрат, их квадраторы суммируются в сумматоре 11, а затем из этой суммы в блоке 12 извлекается квадратный корень. На, этом процесс анализа на данной частоте заканчивается.Таким образом, предложенное устройство позволяет существенно снизить аппаратурные затраты при создании специализированных вычислительных устройств гармонического анализа, так как объем оборудования, необходимый для реализации сумматоров-вычитателей и блока формирования весовых функций значительно меньше соответствующего показателя при реализации умножителей и цифрового синус-косинусного генератора, кроме того простота структуры и методика расчета таких устройств позволяют упростить, сократить во времени и удешевить процессы разработки и настройки подобных устройств. Формула изобретения Цифровой анализатор гармоник,содержащий аналого-цифровой преобразо- ватель, два регистра хранения текущих значений квадратурных составляющих, два квадратора, сумматор, блок извлечения квадратного корня и два цифровых сглаживающих фильтра, выходы которых соединены со входами соответствующих регистров хранения текущих значений квадратурных составляющих и со входами соответствующих квадраторов, выходы упомянутыхров соединены со входами сумматора,выход которого соединен со входомблока извлечения квадратного корня,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения надежности устройства, в него введены блок формирования весовых функций и два сумматора-вычитателя, первые Входы которых соединены с выходом аналогоцифрового преобразователя, вторыевходы в ,с выходами блока формирования весовых функции, третий вь,ход которого соединен со вторым входом аналого-циФрового преобразователя,авыходы сумматоров-вычитателей соединены со вторыми входами соответствующих цифровых сгдаживающих фильтров. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Степашкин А.И., Коршунов Ю.М., Иофа А.Л., Молчадский Л.И. Цифровой метод частотного анализа сигналов,- Ьбработка информации автоматическими системами. Труды РРТИ, Рязань, 1970, вып.29,822072 Составитель Е. ДанилинаТехред М. Лоя Корректор Н. Швыдк едактор М. Недолуженк писнР каэ 1841/б филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Т ВНИИПИ Гос по делам 113035, Москвааж 732 Парственного комитета ССизобретений и открытиЖ, Раушская наб., д