Дискретно-аналоговый фурье-преобра-зователь

О П И С А Н И Е (и)834582ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик4йФс,РФ1 у, с присоединением заявки Рй. (23) Приоритет Гасударственный комитет СССР в делам нзвбрвтений н открытий(53) УДК 621.3 7. ,757(088.8) Дата опубликования описания 10,06,81 ь,г,(72) Автор изобретения П.Ф.Поляков в 4Харьковский институт инженеров железнодорожноготранспорта им, С.М.Кирова(54) ДИСКРЕТНО-АНАЛОГОВЫЙ ФУРЬЕ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 1Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для получения коэффициентов Фурье - электрических сигналов произвольной Формы конечной длительности на группе частот в реальном времени.Известен дискретно-аналоговый фурье-преобразователь, содержащий устройство выборки мгновенных значений сигнала, управляющий вход кото 10 рого соединен с первым выходом блока управления, два суммирующих интегратора, управляющие входы которых сое", динены с вторыми выходами блока управления, устройство формированият 5 знаков, выход которого соединен с входом исполнительного регистра знаков, последовательно соединенные регистр номера частоты, сумматор, регистр адреса весового коэффициента, постоянное запоминающее устройство, а также две резисторные матрицы, два исполнительных регистра модулей синусов и косинусов текущих аргументов, четыре ключа, причем выход устройства выборки мгновенных значений сигнала соединен с входами резисторных матриц, выходы которых через ключи соединены с входами соответствующих суммирующих интеграторов, управляющие входы ключей соединены с выходами исполнительного регистра знаков, управляющие входы резисторных матриц соединены с выходами исполнительных регистров модулей синусов и косинусов текущих аргументов, управляющие входы которых соединены с выходами постоянного запоминающего устройства, выходы которого соединены с входами сумматора и устройства формирования знаков, а управляющий вход регистра номера частоты и регистра адреса весового коэффициента соединен соответственно с четвертым и пятым входами блока управления 11 .Однако с помощью этого устройства невозможно определить коэффициенты834582 15 45 55 На чертеже представлена структурная схема дискретно-аналогового Фурье- преобразователя. 3Фурье на группе частот для однойреализации сигнала конечной длительности в реальном времени.Известны анализаторы, содержащиеустройство выборки мгновенных зна 5чений сигнала, управляющий вход которого соединен с первым выходомблока управления, сумирующий интегратор с весовыми резисторами на входе, управляющий вход которого соединен со вторым выходом блока управления 12 1,Однако такое устройство позволяет определять только одну ортогональную составляющую спектра сигналов и им невозможно определитькоэффициенты Фурье на группе частотдля одной реализации сигнала в реальном масштабе времени.Цель изобретения - расширение диапазона анализа.Указанная цель достигается тем,что в дискретно-аналоговый Фурьепреобразователь, содержащий блок выборки мгновенных значений сигнала, 25управляющий вход которого соединен спервым выходом блока управления, первый суммирующий интегратор с весовымирезисторами на входе, управляющийвход которого соединен со вторым выхо- З 0дом блока управления, введены вычи -татель, М последовательно соединенных блоков затягивания импульсов,М первых и вторых ключей, а такжевторой суммирующий интегратор с ве- З 5совыми резисторами на входе и блокраспределения выборок мгновенных значений сигнала, выходы которого подключены ко входам М блоков затягивания импульсов, вход блока распределения выборок мгновенных значений сигнала соединен с выходом блокавыборки мгновенных значений сигнала, выходы Й ключей в местах их последовательного соединения объединены выходы суммирующих интеграторов соединены со входами вычитателя, управляющие входы второго суммирующего интегратора, блока распределения выборок мгновенных значенийсигнала, блоков затягивания импульсов и ключей соединены соответственно с вторымитретьими, четвертымии пятыми выходами блока управления. 4Дискретно-аналоговый Фурье-преобразователь содержит блок 1 выборки мгновенных значений сигнала, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока 2 управления, два суммирующих интегратора 3 и 4, управляющие входы которых соединены со вторыми выходами блока. 2 управления, вычитатель 5, ключи 6-1-.6-М и 7-1 т 7-М, блоки 8-1-8-М затягивания импульсов и блок 9 распределения выборок мгновенных значений сигнала, а суммирующие интеграторы 3 и 4 выполнены с весовыми резисторами 10-1-1 О-М на входах, причем весовые резисторы с номерами 1- - подключены к входамМ+4Хсуммирующего интегратора 3, а весовые резисторы с номерами +1 М под;2.ключены к входам суммирующего интегратора 4, каждый из весовых резисторов 1 О суммирующих интеграторов через последовательно соединенные два ключа 6-1 и 7-1 и блок 8-1 затягивания импульсов соединен с одним из выходов блока 9 распределения выборок мгновенных значений сигнала , вход которого соединен с выходом блока 1 выборки Фмгновенных значений сигнала, выходы ключей 7-1-7.-М в местах их последовательного соединения с входами ключей 6-1+6-М объединены, выходы суммирующих интеграторов 3 и 4 соединены с входами вычитателя 5, выход которого соединен с выходом фурье- преобразователя, управляющие входы блока 9 распределения выборок мгновенных значений сигнала, блоков 8-1-,8-М затягивания импульсов и ключей 6-1-:6-М и.7-1-,7-М соединены соответственно с третьими, четвертыми и пятыми выходами блока 2 управления.Фурье-преобразователь работает сле" дующим образом.Выборки исследуемого сигнала длительностью Т, взятые блоком 1 выборки, равномерно во времени с интервалом ЬТ поступают на вход блока 9 распределения выборок, который распределяет выборки по мере их поступления на соответствующие входы блоков 8-1- 8-М затягивания импульсов, т.е. первая выборка поступает на блок 8-1 затягивания, вторая - на 8-2 иг т,д,После поступления последней М"ой выборки исследуемого сигнала на выходах блоков 8-1-8-М затягивания устанавливаются напряжения, равные знаФормула изобретения 5. 8345 чениям соответствующих выборок исследуемого сигнала. Количество выборок равно й, причем Т=(М)41.В момент времени 1, соответствующий окончанию .сигнала (так как й=Т),начинается формирование коэффициентовФурье на частотах Щ,=2 Й/Т. За время Тф в определенной последовательности входы суммирующих интеграторов3 и 4 подключаются к выходам блоков8-1,8-Й затягивания импульсов накороткое время 41 ф, причем 41 Тф/ /(Й).Порядок подключения определяетсяследующим образом. Записываем числовой ряд, сОстоящий из и отрезковнатурального ряда чисел длиной Й, начиная с единицы, т.е. 1,2,3,4, ,й;1,2,3,4,й; 1,2Каждое (К)п+1 число этого рядаесть номера резисторов, которые необходимо последовательно во времени подключать на время дйф к выходамблоков 8-1-;8-М затягивания импульсовв порядке возрастания номеров послед них при формировании синусных коэффициентов Фурье на частотах Щ . Каждое + +(К)о+1 число этого ряда есть номера резисторов, которые необходимо подключать последовательно Зо во времени к выходам блоков 8-1"8-йзатягивания импульсов, впорядке возрастания номеров последних приопределении косинусных коэффициентов Фурье на частотах Ю 1, При определении коэффициента Фурье на нулевой частоте (постоянной составляющей) каждый из выходов блоков затягивания импульсов:поочередно подключаетсяИк весовому резистору с номером +1. ф)Весовые резисторы 0-1-,10-М выбираются таким образом, что.коэффициент передачи соответствующих входов суммирующих интеграторов изменяется по закону з 1 п 2(К)М/Т 1 45 (К 1,2Й). При этом на выходе суммирующего интегратора 3 будет формироваться напряжение, пропорциональное сумме, например, при формировании синусного коэффициента 0 Фурье на частотеЮ =22/Т(ми)722, Х К)д)61 И Й(,К) И 1 Т 3 тК=,1а на выходе суммирующего интегратора 4 -ЦЕ") 41) 181 И 1 (К)д+о Т1=Ь+З) ф 824(здесь 5 К"1)41 ) - значения выборок исследуемого сигнала). Эти дванапряжения поступают на входы вычитателя 5, причем второе напряжение "на.инвертирующий вход вычитателя5, в результате на его выходе формируется напряжение, пропорциональное суммеМЕИк- )м)УВСЕ)ЪЦт 1,Кд 1а это и есть синусный коэффициентФурье на частоте Ф 1, Аналогичноформируются и другие коэффициентыФурье.Таким образом, на выходе вычитателя формируется напряжение в видекоротких импульсов с периодом следования Тф и амплитудой импульса,пропорциональной соответствующемукоэффициенту Фурье. Время формирования М коэффициентов Фурье составляет ИТ. Время полного цикла работыФурье-преобразователя равно Т+МТ,.Выбрав быстродействующие схемы ключей 6-1-6-М и 7-1-7-М, это времяможно существенно уменьшить по сравнениюс длительностью исследуемогосигнала, т.е. МТ(Т, и, таким образом, осуществлять Фурье-преобразование в реальном времени в широкомдиапазоне частот,Таким образом, дискретно-аналоговый Фурье-преобразователь позволяетизмерять коэффициенты Фурье на группе частот для одной реализации сигнала длительностью Т в реальноммасштабе времениДискретно-аналоговый Фурье-преобразователь, содержащий блок выборки мгновенных значений сигнала, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, первый суммирующий интегратор с весовыми резисторами на входе, управляющий вхсд которого соединен со вторым выходом блока управления, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона анализа, в него введены вычитатель, Й последовательно соединенных блоков затягивания импульсов, й первых и вторых ключей, а также второй суммирующий интегратор с весовыми резисторами на входе и блок распределения выборок мгно7 834582 8венных значений сигнала, выходы ко- распределения выборок мгновенных торого подключены ко входам й бло- значений сигнала, блоков затягиваков затягивания импульсов, вход бло- ния импульсов и ключей соединены ка распределения выборок мгновенных соответственно с вторыми, третьими, значений сигнала соединен с выходом5четвертыми и пятыми выходами блока . блока выборки мгновенных значений, управления.сигнала, выходы М ключей в местах Источники информации, их последовательного соединения объ- принятые во внимание при экспертизе единены, выходы суммирующих инте,Авторское свидетельство СССР граторов соединены со входами вы- ц В 617744, кл. С 01 й 23/00, 1977. читателя, управляющие входы второ. Авторское свидетельство СССР го суммирующего интегратора, блока В 438939, кл, О 01 й 23/00, 975. Составитель А.Орлов ктор А.Лежнина Техред М. Коштура Корректор М.КосЗаказ 097 70 Тираж 732 ВНИИПИ Государствен по делам нэобрет 113035, Москва, ЖПодписиого комитета СССРний и открытийРаушская наб., д е