RU2498324C1 - Способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах - Google Patents
Способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2498324C1 RU2498324C1 RU2012116347/28A RU2012116347A RU2498324C1 RU 2498324 C1 RU2498324 C1 RU 2498324C1 RU 2012116347/28 A RU2012116347/28 A RU 2012116347/28A RU 2012116347 A RU2012116347 A RU 2012116347A RU 2498324 C1 RU2498324 C1 RU 2498324C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fourier transform
- signals
- signal
- discrete signal
- frequencies
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области цифровой обработки сигналов и может быть использовано для определения наличия гармонических составляющих и их частот в сигналах различного происхождения при решении задач неразрушающего контроля и диагностики оборудования на основе корреляционного анализа. Согласно способу производят прямое преобразование Фурье анализируемого дискретного сигнала в форме быстрого преобразования Фурье размерностью 2n, определяют комплексно-сопряженные значения результатов прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала, попарно умножают полученные комплексные сигналы прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала с комплексно-сопряженными значениями прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала, из полученного произведения Pj выбирают значения и формируют m сигналов Mk, полученные сигналы Mk подвергают обратному преобразованию Фурье Zk=F-1[Mk], определяют частотно-временную автокорреляционную функцию. По полученным результатам строят график частотно-временной автокорреляционной функции R(f, t), по которому судят о наличии в анализируемом дискретном сигнале гармонических составляющих и их частотах.
Технический результат - определение наличия гармонических составляющих и их частот в дискретном сигнале по автокорреляционной функции. 4 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к области цифровой обработки сигналов и может быть использовано для определения наличия гармонических составляющих и их частот в сигналах различного происхождения при решении задач неразрушающего контроля и диагностики оборудования на основе корреляционного анализа.
Известен способ определения наличия гармонической составляющей и ее периода в дискретном сигнале f(ti) с помощью автокорреляционной функции, выбранный в качестве прототипа [Эммануил С. Айфичер, Барри У. Джервис. Цифровая обработка сигналов: практический подход. 2-е изд. - М.: Вильяме, 2008. - 992 с.]. Сущность способа заключается в прямом преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала в форме быстрого преобразования Фурье размерностью 2n, определении комплексно-сопряженных значений результатов прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала, попарного умножения полученных комплексных сигналов прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала с комплексно-сопряженными значениями прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала. Полученные значения подвергают обратному преобразованию Фурье для определения периода колебаний гармонической составляющей по автокорреляционной функции и рассчитывают частоту.
Недостатком такого решения является то, что полученная в результате расчетов автокорреляционная функция не позволяет определить наличие гармонических составляющих и их частот в дискретном сигнале, представленном суммой гармонических составляющих.
Задачей изобретения является определение наличия гармонических составляющих и их частот в дискетном сигнале по автокорреляционной функции.
Это достигается тем, что в способе определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах, также как в прототипе, производят прямое преобразование Фурье анализируемого дискретного сигнала в форме быстрого преобразования Фурье размерностью 2n, определяют комплексно-сопряженные значения результатов прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала, попарно умножают полученные комплексные сигналы прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала с комплексно-сопряженными значениями прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала, и производят обратное преобразование Фурье.
Согласно изобретению из полученного произведения Pj выбирают значения и формируют m сигналов Mk,
где j=0,1, …, 2n-1+1;
m=2, 3, …, 2n-1+1;
k=0, 1, …, m-1,
согласно выражению
Полученные сигналы Mk подвергают обратному преобразованию Фурье Zk=F-1[Mk].
По результатам обратного преобразования Фурье определяют частотно-временную автокорреляционную функцию
где ti∈[tmin, tmax];
fk∈[fmin, fmax];
fd - частота дискретизации сигнала.
По полученным результатам строят график частотно-временной автокорреляционной функции R(f, t), по которому судят о наличии в анализируемом дискретном сигнале гармонических составляющих и их частотах.
Заявленный способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах позволяет определить наличие гармонических составляющих и их частоты за счет выбора из произведения Pj и формирования m сигналов Mk согласно приведенному выражению (1), что позволяет рассчитать частотно-временную автокорреляционную функцию по m частотам, при этом обеспечено высокое быстродействие и универсальность реализации способа.
На фиг.1 приведена аппаратная схема устройства, реализующего рассматриваемый способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах.
В таблице приведены исходные данные и результаты анализа тестовых примеров при m=1121.
На фиг.2-4 приведены графики частотно-временной автокорреляционной функции результатов анализа тестовых примеров.
Заявленный способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах может быть осуществлен с помощью схемы (фиг.1), содержащей датчик для получения анализируемого сигнала 1 (ДАС), подключенный к блоку аналого-цифрового преобразования 2 (АЦП), выход которого соединен с входом блока прямого преобразования Фурье 3 (БФ), выход которого подсоединен к входу блока определения комплексно-сопряженного значения 4 (БОК). Выход блока прямого преобразования Фурье 3 (БФ) и блока определения комплексно-сопряженного значения 4 (БОК) соединены с входом блока умножения 5 (БУ), к которому последовательно подключены блок формирования сигналов 6 (БФС), блок обратного преобразования Фурье 7 (БОФ) и блок интерпретации 8 (БИ).
В качестве датчика анализируемого сигнала 1 (ДАС) могут быть использованы датчики тока, например, промышленный прибор КЭИ-0.1 или датчик напряжения - трансформатор напряжения (220/5 В). Блок аналого-цифрового преобразования 2 (АЦП) может быть реализован на основе аналого-цифрового преобразователя ADS7827. Блок прямого преобразования Фурье 3 (БФ), блок определения комплексно-сопряженного значения 4 (БОК), блок умножения 5 (БУ), блок формирования сигналов 6 (БФС), блок обратного преобразования Фурье 7 (БОФ), блок интерпретации 8 (БИ) могут быть выполнены на микроконтроллере серии AVR32 производителя Atmel АТ32АР7000.
С выхода датчика 1 (ДАС) анализируемый сигнал, например, y(t)=u(t)=1·sin(2·π·5000·t)+1·sin(2·π·6000·t)+1·sin(2·π·7000·t)+
+1·sin(2·π·8000·t)+1·sin(2·π·9000·t)+1·sin(2·π·10000·t)+1·sin(2·π·20000·t),
где u(t) - многочастотный сигнал напряжения (таблица, пример №1), поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 2 (АЦП), с выхода которого дискретизированный сигнал y(ti)=u(ti)=1·sin(2·π·5000·ti)+1·sin(2·π·6000·ti)+1·sin(2·π·7000·ti)+
+1·sin(2·π·8000·ti)+1·sin(2·π·9000·ti)+1·sin(2·π·10000·ti)+
+1·sin(2·π·20000·ti),
где ti=Δt·i,
где i=1,2,…,n;
N=2n=214=16384 - размер выборки для быстрого преобразования Фурье;
поступает на вход блока прямого преобразования Фурье 3 (БФ), где выполняют прямое преобразование Фурье входного сигнала. С выхода блока прямого преобразования Фурье 3 (БФ) результаты прямого преобразования Фурье в виде комплексного сигнала размерностью 2n=1+1=8193 поступают на вход блока определения комплексно-сопряженного значения 4 (БОК), где определяют комплексно-сопряженные значения для каждого элемента сигнала. Результаты прямого преобразования Фурье БПФ 3 (БФ) и блока определения комплексно-сопряженного значения 4 (БОК) поступают на вход блока умножения 5 (БУ), где выполняют попарное умножение двух комплексных сигналов. С выхода блока умножения 5 (БУ) результаты умножения в виде комплексного сигнала размерностью 2n-1+1=8193 поступают на вход блока формирования сигналов 6 (БФС), где формируют m=1121 комплексных сигналов размерностью 2n-1+1=8193 согласно выражению (1). С выхода блока формирования сигналов 6 (БФС) полученные комплексные сигналы поступают на вход блока вычисления обратного преобразования Фурье 7 (БОФ), где выполняют обратное преобразование Фурье над каждым комплексным сигналом. С выхода блока вычисления обратного преобразования Фурье 7 (БОФ) результаты обратного преобразования Фурье в виде действительных m=1121 сигналов размерностью N=2n=214=16384 поступают на вход блока интерпретации 8 (БИ), где согласно выражению (2) определяют частотно-временную автокорреляционную функцию.
Для m=1121 и k=254 получили fk=f254=5000.6250 Гц,
при k=305 fk=f305=6004.6875 Гц,
при k=356 fk=f356=7008.7500 Гц,
при k=406 fk=f406=7993.1250 Гц,
при k=457 fk=f457=8997.1875 Гц,
при k=508 fk=f508=10001.2500 Гц,
при k=1016 fk=f1016=20002.5000 Гц.
Полученные частотно-временные автокорреляционные функции (фиг.2) ярко выражены на семи частотах близких к частотам заданным в тестовом примере №1, что свидетельствует о наличии в анализируемом сигнале семи гармонических составляющих. Результат вычисления тестового примера в виде графика частотно-временной автокорреляционной функции представлен на фиг.2. Расчетные значения частотно-временной автокорреляционной функции R(f, t) представлены цветом: максимальное значение отображено черным цветом, минимальное - белым, а промежуточные значения - в уровнях серого цвета. На фиг.3 приведены частотно-временные автокорреляционные функции результата анализа тестового примера №2, по которым видно, что полученные частотно-временные автокорреляционные функции (фиг.3) ярко выражены на восьми частотах близких к частотам заданным в тестовом примере, что свидетельствует о наличии в анализируемом сигнале восьми гармонических составляющих. На фиг.4 приведены частотно-временные автокорреляционные функции результата анализа тестового примера №3, по которым видно, что полученные частотно-временные автокорреляционные функции (фиг.3) ярко выражены на девяти частотах близких к частотам заданным в тестовом примере, что свидетельствует о наличии в анализируемом сигнале девяти гармонических составляющих.
Claims (1)
- Способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах, включающий прямое преобразование Фурье анализируемого дискретного сигнала в форме быстрого преобразования Фурье размерностью 2n, определение комплексно-сопряженных значений результатов прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала, попарное умножение полученных комплексных сигналов прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала с комплексно-сопряженными значениями прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала, обратное преобразование Фурье, отличающийся тем, что из полученного произведения Pj попарного умножения комплексных сигналов прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала с комплексно-сопряженными значениями прямого преобразования Фурье анализируемого дискретного сигнала выбирают значения и формируют m сигналов Mk,
где j=0, 1,…, 2n-1+1;
m=2, 3,…, 2n-1+1;
k=0, 1,…, m-1,
согласно выражению
полученные сигналы Mk подвергают обратному преобразованию Фурье Zk=F-1[Mk], определяют частотно-временную автокорреляционную функцию
где ti∈[tmin,tmax];
fk∈[fmin,fmax];
fd - частота дискретизации сигнала,
далее по полученным результатам строят график частотно-временной автокорреляционной функции R(f,t), по которому судят о наличии в анализируемом дискретном сигнале гармонических составляющих и их частотах.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116347/28A RU2498324C1 (ru) | 2012-04-23 | 2012-04-23 | Способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116347/28A RU2498324C1 (ru) | 2012-04-23 | 2012-04-23 | Способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2498324C1 true RU2498324C1 (ru) | 2013-11-10 |
Family
ID=49683296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012116347/28A RU2498324C1 (ru) | 2012-04-23 | 2012-04-23 | Способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2498324C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1098206A3 (en) * | 1999-11-02 | 2004-03-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Radar system and coherent integrating method therefor |
RU2285936C2 (ru) * | 2004-06-15 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь") | Способ обнаружения источников радиоизлучений со скачкообразным изменением частоты |
US7191334B1 (en) * | 1998-03-04 | 2007-03-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Embedding auxiliary data in a signal |
US20070270098A1 (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-22 | Integrated System Solution Corp. | Method and apparatus for reception of long range signals in bluetooth |
RU2405163C1 (ru) * | 2009-05-18 | 2010-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Способ частотно-временного корреляционного анализа цифровых сигналов |
US20110043710A1 (en) * | 2009-08-18 | 2011-02-24 | Wi-Lan Inc. | White space spectrum sensor for television band devices |
-
2012
- 2012-04-23 RU RU2012116347/28A patent/RU2498324C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7191334B1 (en) * | 1998-03-04 | 2007-03-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Embedding auxiliary data in a signal |
EP1098206A3 (en) * | 1999-11-02 | 2004-03-03 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Radar system and coherent integrating method therefor |
RU2285936C2 (ru) * | 2004-06-15 | 2006-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь") | Способ обнаружения источников радиоизлучений со скачкообразным изменением частоты |
US20070270098A1 (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-22 | Integrated System Solution Corp. | Method and apparatus for reception of long range signals in bluetooth |
RU2405163C1 (ru) * | 2009-05-18 | 2010-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Способ частотно-временного корреляционного анализа цифровых сигналов |
US20110043710A1 (en) * | 2009-08-18 | 2011-02-24 | Wi-Lan Inc. | White space spectrum sensor for television band devices |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Аврамчук B.C., Чан В.Т. Частотно-временной корреляционный анализ цифровых сигналов // Известия Томского политехнического университета, 2009, т.315, № 5. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3232208A1 (en) | A full time-domain method for measuring and monitoring electromagnetic interference signals and a system | |
KR101025163B1 (ko) | 진동 및 소음 전달경로 해석 시스템과 진동 및 소음 전달경로 해석 방법 | |
CN106199185B (zh) | 一种基于连续对数扫频的线性脉冲响应测量方法及*** | |
RU121070U1 (ru) | Стенд для вибродиагностики упругой системы станка | |
JP2010281700A5 (ru) | ||
JP5237939B2 (ja) | 交流配電網における信号ひずみ率の瞬時的決定方法及びそれに関連する装置 | |
RU2405163C1 (ru) | Способ частотно-временного корреляционного анализа цифровых сигналов | |
RU2498324C1 (ru) | Способ определения наличия гармонических составляющих и их частот в дискретных сигналах | |
EP2736211A3 (en) | Measurement of iq imbalance in a vector modulator | |
CN106597098A (zh) | 一种频谱分析仪的数据处理方法和装置 | |
RU2672527C1 (ru) | Способ измерения напряженности электростатического поля | |
JP5179615B2 (ja) | Apd測定器の検査装置及び検査方法 | |
RU2733111C1 (ru) | Способ частотно-временного корреляционного анализа цифровых сигналов | |
RU2331893C1 (ru) | Способ выделения дискретных составляющих в спектре сигнала и устройство для его осуществления | |
Paavle et al. | Using of chirp excitation for bioimpedance estimation: theoretical aspects and modeling | |
Othman et al. | Cwt algorithm for forward-scatter radar micro-doppler signals analysis | |
RU2533629C1 (ru) | Способ определения частотных границ полезного сигнала и полос пропускания цифровых частотных фильтров | |
KR101410734B1 (ko) | Fft를 이용한 부분방전 잡음 제거 신호 처리 장치 및 방법 | |
JP6152806B2 (ja) | 生体情報測定方法 | |
Saulig et al. | Nonstationary signals information content estimation based on the local Rényi entropy in the time-frequency domain | |
JP2012211883A (ja) | 測定装置、信号測定方法 | |
RU2229139C1 (ru) | Способ спектрального анализа сложных несинусоидальных периодических сигналов представленных цифровыми отсчетами | |
RU2399060C1 (ru) | Способ анализа многочастотных сигналов, содержащих скрытые периодичности | |
Wu et al. | Bearing fault diagnosis based on wavelet transform and ICA | |
WO2020110253A1 (ja) | 正弦波ノイズ除去装置及び正弦波ノイズ除去方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140424 |