SU1756830A1

SU1756830A1 - Устройство дл определени когерентного спектра мощности выходного сигнала объекта

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.

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.

Цель изобретения - повышение точности определения когерентного спектра мощности выходного сигнала объекта, 10

На чертеже представлена функциональ- . ная схема устройства для оценки когерент• ного спектра мощности выходного сигнала объекта.

. 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

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

Знак минус определяется свойством инвертирования первого сумматора на базе операционного усилителя 1 с коэффициентом усиления 0,5.

На входе фильтра 7 действует сигнал, равный

Σ-=|(χ-ν). (2)

Коэффициенты усиления по каждому входу второго сумматора 6 равны единице.

На входе фильтра 11 действует сигнал, равный 2+р

Σ+ρ = -| (*+ |у). (з) где Р - оператор преобразования Лапласа. Это можно объяснить действием на входе третьего сумматора 10 суммы (х +

сигналов, каждый из которых усиливается с коэффициентом 0,5 и свойством инвертирования операционного усилителя 10.

Аналогично можно показать, что на вхо де фильтра 18 действует сигнал р, равный

Σ-ρ = (^χ~ £у)· (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- равна

Таким образом, величина коэффициент та 24 усиления равна оценке когерентного спектра мощности выходного сигнала объекта. · где 2 + 0 ^ω/~ преобразование фурье-процесса.

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):

Т - период анализа.

В результате одновременного усреднения 13 фильтрованной спектральной со20 ставляющих мощности 2 +_р (j ώ) и инвер тированной 2 —р 0 ^ω) получают = (7)

Таким образом, величина S^+ρίω-S^-p( ω) пропорциональна мнимой части взаимно спектральной плотности.

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,

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).

Изменением коэффициента 24 усиления добиваются нулевого сигнала на выходе 26. При этом будет иметь место m Sx(to) — Sxy(j to) ² = 0.

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

Claims

Устройство для определения когерентного спектра мощности выходного сигнала объекта, содержащего каналы, первый и третий из которых состоят из последовательно соединенных сумматора, узкополосного фильтра, квадратора и интегратора, второй и четвертый - из последовательно соединенных сумматора, узкополосного фильтра, квадратора и инвертора, прй этом выходы первого и второго каналов соединены с входами первого интегратора, выходы третьего и четвертого каналов соединены с входами второго интегратора, выход сумматора первого канала соединен с первым входом сумматора второго канала, выход сумматора третьего канала соединен с пер- вым входом сумматора четвертого канала, второй вход сумматора второго канала соединен с вторым входом сумматора первого канала, второй вход сумматора четвертого канала - с вторым входом сумматора третьего канала, первые входы сумматоров первого и третьего каналов соединены между собой и с первым входом устройства, второй вход второго сумматора соединен с входом ' третьего интегратора и с вторым входом устройства, выход третьего интегратора соединен с вторым входом сумматора четвертого канала, а также регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е С я тем, что, с целью повышения точности определения, в него дополнительно введены пятый канал из последовательно соединённых пятого узкополосного фильтра, пятого квадратора^ четвертого интегратора,; первого усилителя с переменным коэффициентом усиления и третьего инвертора, пятый сумматор, к выходу которого подсоединен регистратор, последовательно соединенные второй усилитель с переменным коэффициентом усиления и шестой квадратор, а также седьмой квадратор, при этом вход второго усилителя с переменным коэффициентом усиления соединен с выходом второго интегратора, вход седьмого квадратора соединен с выходом первого интегратора, выходы шестого и седьмого квадраторов - с вторым и третьим входами соответственно пятого сумматора, а вход пятого узкополосного фильтра - с первым входом устройства.