Обзор развития, современное состояние и значение метрологии
Методическое пособие - Разное
Другие методички по предмету Разное
?и переменного тока входным сигналом является синусоидальное напряжение, а измеряемой величиной - действующее значение этого сигнала, являющееся в данном случае его информативным параметром.
Необходимым условием различных преобразований сигналов является реализация определенной (чаще линейной) функциональной зависимости между информативными параметрами сигналов у и измеряемой величиной х. Практически в средствах измерений это условие выполняется с некоторой точностью, обусловленной погрешностями преобразования звеньев и действием помех. Применение того или иного вида сигнала зависит от многих факторов: используемых принципов преобразования измеряемых величин в электрический сигнал для первичных измерительных преобразователей, требуемой точности и помехоустойчивости передачи измерительной информации, скорости изменения измеряемых величин и др.
Важным классификационным признаком сигналов является характер их изменения во времени и по информативному параметру. По этому признаку различают непрерывные (или аналоговые) и дискретные сигналы. Часто изменение сигнала по информативному параметру называют изменением по уровню. Дискретные по уровню сигналы называют также квантованными сигналами.
Рассмотрим основные виды сигналов, используемые в средствах измерений.
Непрерывные (аналоговые) по информативному параметру и времени сигналы определены в любой момент времени существования сигнала и могут принимать любые значения в диапазоне его изменения. В качестве таких сигналов получили широкое применение постоянные и гармонические токи и напряжения. Для постоянных токов I и напряжений u информативными параметрами являются их мгновенные значения, функционально связанные с измеряемой величиной х. На рис. 5.3, б изображен непрерывный сигнал у (ток I или напряжение u), связанный линейной зависимостью у=kх с измеряемой величиной х, здесь k - коэффициент преобразования.
В гармонических сигналах информативными параметрами могут быть амплитуда YM, угловая частота ? или фаза ?. Изменение информативного параметра гармонического сигнала в соответствии с изменением измеряемой величины х называют модуляцией этого сигнала.
Рисунок 5.3 - Виды измерительных сигналов
Если с изменением х в гармоническом сигнале меняется один из параметров YM, ? или ?, то говорят, что осуществляется соответственно амплитудная - АМ (рис.5.3, а, б), частотная - ЧМ (рис.5.3, а, г) или фазовая - ФМ (рис.5.3, а, д) модуляция. При фазовой модуляции фаза сигнала определяется относительно второго (опорного) гармонического сигнала у0.
Непрерывные по информативному параметру и дискретные по времени сигналы определены на некотором конечном или счетном множестве моментов времени ti (или на множестве интервалов времени ? ti = ?. Модель таких сигналов показана на рис.5.3, е, где у (ti) - последовательность значений непрерывного сигнала у(t)=kх(t) (рис.5.3, б), определенных в моменты времени ti. В реальных средствах измерений подобным сигналом является периодическая последовательность импульсов постоянного тока (рис.5.3, ж), у которых, в отличие от абстрактной модели, информативными параметрами могут быть не только амплитуда YM, но и частота f или длительность ? этих импульсов. При этом в зависимости от того, какой из этих параметров функционально связан с х, имеет место соответственно амплитудно-импульсная - АИМ (рис.5.3, а, ж), частотно-импульсная - ЧИМ {рис.5.3, а, з) или широтно-импульсная - ШИМ (рис.5.3, а, и) модуляция сигнала.
Сигналы, непрерывные во времени и квантованные (дискретные) по информативному параметру - в таких сигналах (рис.5.3, б, к) информативный параметр может принимать только некоторые разрешенные уровни у1, отстоящие друг от друга на конечные интервалы (кванты) ?y. Примером такого сигнала может служить сигнал на выходе цифро-аналогового преобразователя.
Сигналы, дискретные по времени и квантованные по информативному параметру. Моделью такого сигнала (рис.5.3, л) является дискретная последовательность уi(ti) значений непрерывного сигнала у(t)=kх(t) (рис.5.3, б), принимающая только разрешенные уровни уi и определенная в дискретные моменты времени ti. Такому виду сигналов соответствуют, например, сигналы при кодово-импульсной модуляции, при которой в моменты времени ti каждому разрешенному уровню уi устанавливается в соответствие определенный код - комбинация условных сигналов, в частности импульсов постоянного тока высокого уровня, обозначаемых 1, и импульсов низкого уровня, обозначаемых 0. На рис.5.3, м показаны две кодовые комбинации - 0101 и 1010, соответствующие уровням у4 и у8 в моменты времени t1 и tm.
Приведенные примеры сигналов широко используются в электрических средствах измерений. Однако следует иметь в виду, что находят применение и другие сигналы.
В задачах преобразования сигналов измерительной информации часто возникает необходимость представления непрерывных сигналов дискретными и восстановления сигнала по его дискретным значениям. При этом непрерывный сигнал у(t) представляется совокупностью дискретных значений у(t1), у(t2), …, у(ti) (рис.5.4, а, б), по которым с помощью некоторого способа восстановления может быть получена оценка у*(t) исходного непрерывного сигнала у(t).
Восстановление кривой сигнала по дискретным отсчетам осуществляется различными базисными функциями. В качестве таких функций широко применяют различные полиномы, в частности полиномы Лагранжа. Так, на рис. 5.4 показаны исходный сигнал у(t) и восстановленный по дискретным отсчетам сигнал у*(t), полученн?/p>