SU1756830A1

SU1756830A1 - Device for determining coherent power spectrum of object output signal

Info

Publication number: SU1756830A1
Application number: SU894680586A
Authority: SU
Inventors: Наум Яковлевич Портной
Original assignee: Коммунарский горно-металлургический институт
Priority date: 1989-03-20
Filing date: 1989-03-20
Publication date: 1992-08-23

Abstract

Изобретение относитс к анализатору гармонических составл ющих с помощью фильтров и предназначено дл вы влени св зей между случайными процессами. Цель изобретени - повышение точности определени когерентного спектра сигнала объекта, который в сумме и разности усредн етс . Дл этого в устройство введен узко- полосный фильтр 21, квадратор 22, интегратор 23, усилитель 24 с переменным коэффициентом усилени , инвертор 25, сумматор 26, усилитель 14 с переменным коэффициентом усилени , квадраторы 5 и 15. Устройство содержит также сумматоры 1, 6, 10 и 17, фильтры 2, 7, 11 и 18, квадраторы 3, 8,12 и 19, инверторы 9 и 20, интеграторы 4, 13 и 16 и регистрирующий прибор 27. 1 ил.The invention relates to a harmonic component analyzer using filters and is intended to identify links between random processes. The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the coherent spectrum of the signal of an object, which is averaged in sum and difference. For this, a narrow-band filter 21, a quad 22, an integrator 23, a variable gain amplifier 24, an inverter 25, an adder 26, a variable gain amplifier 14, quadratures 5 and 15 are introduced into the device. The device also contains adders 1, 6, 10 and 17, filters 2, 7, 11 and 18, quadrants 3, 8, 12 and 19, inverters 9 and 20, integrators 4, 13 and 16 and a recording device 27. 1 Il.

Description

Изобретение относится к измерению электрических величин, к устройствам и способам измерения спектральных составляющих, в частности к анализаторам гармонических составляющих с помощью 5 фильтров, и предназначено для выявления связей между случайными процессами.The invention relates to the measurement of electrical quantities, to devices and methods for measuring spectral components, in particular to analyzers of harmonic components using 5 filters, and is intended to identify relationships between random processes.

Цель изобретения - повышение точности определения когерентного спектра мощности выходного сигнала объекта, 10The purpose of the invention is improving the accuracy of determining the coherent power spectrum of the output signal of the object, 10

На чертеже представлена функциональ- . ная схема устройства для оценки когерент• ного спектра мощности выходного сигнала объекта.The drawing shows the functional. • a detailed diagram of a device for assessing the coherent power spectrum of an object’s output signal.

. Устройство содержит последовательно соединенные и образующие первый канал первый сумматор 1 на базе операционного усилителя с коэффициентом усиления 0,5, первый узкополосный фильтр 2, первый квадратор 3, первый интегратор 4, квадра- 20 тор 5, последовательно соединенные и образующие второй канал второй сумматор 6 на базе операционного усилителя с коэффициентом усиления 1, второй узкополосный фильтр 7/второй квадратор 8, Первый ин- 25 вертор 9, последовательно соединенные и образующие третий канал третий сумматор 10 на базе операционного усилителя с коэффициентом усиления 0,5, третий узкополосный фильтр 11, третий квадратор 12, второй 30 интегратор 13, второй усилитель 14 с пере. менным коэффициентом усиления, шестой квадратор 15, последовательно соединенные и образующие четвертый канал третий интегратор 16, сумматор 17 на базе опера- 35 ционного усилителя с коэффициентом усиления 0,5, четвертый узкополосный фильтр 18, четвертый квадратор 19, второй инвертор 20, последовательно соединенные и образующие пятый канал пятый узкополосный 40 фильтр 21, пятый квадратор 22 четвертый интегратор 23, усилитель с переменным коэффициентом усиления 24, третий инвертор 25, выход которого совместно с выходами шестого 15 и седьмого 5 квадраторов соеди- 45 йены с входами пятого сумматора 26, к выходу которого подсоединен регистрирующий прибор 27, вход пятого узкополосного фильтра 21 соединен с первыми входами первого 1 и третьего 10 50 сумматоров и образуют вход Для одного из исследуемых сигналов х, второй выход первого сумматора 1 соединен с вторым входом второго сумматора 6, а первый вход 6 - с выходом первого сумматора 1, второй вход 55 второго сумматора 6 соединен с входом третьего интегратора 16 и образуют вход для другого исследуемого сигнала у, выход третьего сумматора 10 соединен с первым. The device comprises serially connected and forming the first channel, the first adder 1 on the basis of the operational amplifier with a gain of 0.5, the first narrow-band filter 2, the first quadrator 3, the first integrator 4, the quad-torus 5, connected in series and forming the second channel the second adder 6 based on the operational amplifier with a gain of 1, the second narrow-band filter 7 / second quadrator 8, the First inverter 25, 9, connected in series and forming the third channel, the third adder 10 based on the operational amplifier with a gain of 0.5, a third notch filter 11, the third squarer 12, second integrator 30, 13, a second amplifier 14 with a pen. variable gain, the sixth quadrator 15, connected in series and forming the fourth channel, the third integrator 16, the adder 17 based on the operational amplifier with a gain of 0.5, the fourth narrow-band filter 18, the fourth quadrator 19, the second inverter 20, connected in series and the fifth channel forming the fifth channel; the 40th filter 21; the fifth quadrator 22; the fourth integrator 23; the variable gain amplifier 24; the third inverter 25, the output of which together with the outputs of the sixth 15 and seventh 5 quadrator 45 yen connected to the inputs of the fifth adder 26, to the output of which a recording device 27 is connected, the input of the fifth narrow-band filter 21 is connected to the first inputs of the first 1 and third 10 50 adders and form an input. For one of the studied signals x, the second output of the first adder 1 is connected with the second input of the second adder 6, and the first input 6 with the output of the first adder 1, the second input 55 of the second adder 6 is connected to the input of the third integrator 16 and form the input for another signal under study, the output of the third adder 10 is connected to the first m

S4- = ~^(x + y). (1)S4- = ~ ^ (x + y). (one)

Знак минус определяется свойством инвертирования первого сумматора на базе операционного усилителя 1 с коэффициентом усиления 0,5.The minus sign is determined by the inverting property of the first adder based on operational amplifier 1 with a gain of 0.5.

На входе фильтра 7 действует сигнал, равныйAt the input of filter 7, a signal equal to

Σ-=|(χ-ν). (2)Σ- = | (χ-ν). (2)

Коэффициенты усиления по каждому входу второго сумматора 6 равны единице.The gain factors for each input of the second adder 6 are equal to unity.

На входе фильтра 11 действует сигнал, равный 2+рAt the input of the filter 11, a signal equal to 2 + p

Σ+ρ = -| (*+ |у). (з) где Р - оператор преобразования Лапласа. Это можно объяснить действием на входе третьего сумматора 10 суммы (х +Σ + ρ = - | (* + | y). (h) where P is the Laplace transform operator. This can be explained by the action at the input of the third adder 10 of the sum (x +

сигналов, каждый из которых усиливается с коэффициентом 0,5 и свойством инвертирования операционного усилителя 10.signals, each of which is amplified with a coefficient of 0.5 and the property of inverting the operational amplifier 10.

Аналогично можно показать, что на вхо де фильтра 18 действует сигнал р, равныйSimilarly, it can be shown that at the input of filter 18, a signal p equal to

Σ-ρ = (^χ~ £у)· (4)Σ-ρ = ( ^χ ~ £ y) (4)

На входе фильтра 21 действует сигнал х. Каждый сигнал предложенного устройства в результате узкополосной фильтрации, квадратичного детектирования осуществляет выделение спектральной составляющей мгновенной мощности сигналов (1), (2), (3), (4) или х. После усреднения в каждом из каналов получается оценка спектральной плотности. Определим спектральную плотность каждого из сигналов (1)-(4). Согласно прямому методу вычисления спектральной плотности (2) спектральная плотность сигнала ^4- равнаAt the input of the filter 21, the signal x. Each signal of the proposed device as a result of narrow-band filtering, quadratic detection, allocates the spectral component of the instantaneous power of the signals (1), (2), (3), (4) or x. After averaging in each channel, an estimate of the spectral density is obtained. We determine the spectral density of each of the signals (1) - (4). According to the direct method for calculating the spectral density (2), the spectral density of the signal ^ 4- is

Таким образом, величина коэффициент та 24 усиления равна оценке когерентного спектра мощности выходного сигнала объекта. · где 2 + 0 ^ω/~ преобразование фурье-процесса.Thus, the magnitude of the gain coefficient ta 24 is equal to the estimate of the coherent power spectrum of the output signal of the object. Where 2 + 0 ^ω / ~ is the Fourier transform of the process.

В результате усреднения на выходе 4 получают разность спектральных плотностей 8_ς+ (ω) и S^. (ω), равную действительным частям Sxy(j ω) взаимной спектральной плотности. Спектральная плотность S^-p(co) сигнала 2^—р равна + Β?(ω) + (6) где Αχ(ω), Αγ(ω), Βχ(ω), В_у(ш)- вещественная и мнимая части x(j ω). у (j ω):As a result of averaging at output 4, the difference in spectral densities 8 _{ς +} (ω) and S ^ is obtained. (ω) equal to the real parts Sxy (j ω) of mutual spectral density. Spectral density S ^ -p (co) signal 2 ^- p is equal to + Β (ω) + (6) where Αχ (ω), Αγ (ω ), Βχ (ω), B _y (m) - the real and imaginary parts x (j ω). y (j ω):

Т - период анализа.T is the analysis period.

В результате одновременного усреднения 13 фильтрованной спектральной со20 ставляющих мощности 2 +_р (j ώ) и инвер тированной 2 —р 0 ^ω) получают = (7)As a result of simultaneous averaging of 13 filtered spectral components of power 2 + _p (j ώ) and inverted 2 - p 0 ^ω ), we obtain = (7)

Таким образом, величина S^+ρίω-S^-p( ω) пропорциональна мнимой части взаимно спектральной плотности.Thus, the quantity S ^ + ρίω-S ^ -p (ω) is proportional to the imaginary part of the mutually spectral density.

На выходе пятого канала инвертора 25 получают усиленную инвертированную спектральную плотность S_x(ci)) сигнала х на частоте фильтрации, которая поступает на один из входов пятого сумматора 26,The output of the fifth channel of the inverter 25 receive the amplified inverted spectral density S _x (ci)) of the signal x at the filtering frequency, which is fed to one of the inputs of the fifth adder 26,

Коэффициент 14 усиления равен частоте настройки узкополосных фильтров 2, 7, 11, 18 и 21. Таким образом, на выходе шестого квадратора 15 получают оценку квадратора мнимой части Sxy(j<w). Пятым сумматором 26 осуществляется суммирование квадрированной вещественной и мнимой частей SxyOw), усиленной инвертированной S_x( ω).The gain factor 14 is equal to the tuning frequency of the narrow-band filters 2, 7, 11, 18, and 21. Thus, at the output of the sixth quadrator 15, the imaginary part square Sxy is estimated (j <w). The fifth adder 26 is the summation of the quadrated real and imaginary parts SxyOw), reinforced inverted S _x (ω).

Изменением коэффициента 24 усиления добиваются нулевого сигнала на выходе 26. При этом будет иметь место m Sx(to) — Sxy(j to) ² = 0.By changing the gain factor 24, a zero signal is obtained at the output 26. In this case, m Sx (to) - Sxy (j to) ² = 0.

Отсюда имеют ₅ __ISxy (jω)!² _,,2 ο ζ,λ ^m_ δχ (ω) ^Уху Μ^ω)·Hence they have ₅ __ISxy (jω)! ² _ ,, 2 ο ζ, λ ^m_ δχ (ω) ^Wuhu Μ ^ω )

Claims

A device for determining the coherent power spectrum of the output signal of an object containing channels, the first and third of which consist of a series-connected adder, a narrow-band filter, a quadrator and an integrator, the second and fourth - of a series-connected adder, a narrow-band filter, a quadrator and an inverter, this outputs the first and second channels are connected to the inputs of the first integrator, the outputs of the third and fourth channels are connected to the inputs of the second integrator, the output of the adder of the first channel is connected is connected with the first input of the adder of the second channel, the output of the adder of the third channel is connected to the first input of the adder of the fourth channel, the second input of the adder of the second channel is connected to the second input of the adder of the first channel, the second input of the adder of the third channel, the first inputs adders of the first and third channels are connected to each other and to the first input of the device, the second input of the second adder is connected to the input of the third integrator and to the second input of the device, the output of the third integrator is connected It is connected with the second input of the adder of the fourth channel, as well as a recording device, which is important because, in order to increase the accuracy of determination, the fifth channel is additionally introduced into it from the fifth narrow-band filter connected in series, the fifth quad ^ fourth integrator ;; a first variable-gain amplifier and a third inverter, a fifth adder, to the output of which a recorder is connected, a second variable-gain amplifier and a sixth quadrator connected in series, as well as a seventh quadrator, while the input of the second variable-gain amplifier is connected to the output of the second integrator , the input of the seventh quadrator is connected to the output of the first integrator, the outputs of the sixth and seventh quadrators are connected to the second and third inputs of the fifth adder, respectively, and stroke fifth narrowband filter - to the first input device.