Общие сведения об измерительных сигналах.

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 19Следующая ⇒

В рамках единой измерительной системы информация о значении физических величин передаётся от одного средства измерения к другому с помощью сигналов. Наиболее часто в качестве сигналов используются:

сигналы постоянного уровня (постоянные электрические токи и напряжения, давление сжатого воздуха, световой поток);
синусоидальные, сигналы (переменный электрический ток пли напряжение);
последовательность прямоугольных импульсов (электрических или световых).

Сигнал характеризуется рядом параметров. В первом случае единственным параметром сигнала является его уровень. Синусоидальный сигнал характеризуется своей амплитудой, фазой PI частотой, последовательность прямоугольных импульсов — амплитудой, фазой, частотой, шириной импульсов или комбинацией импульсов различного уровня в течение определенного промежутка времени. Для того, чтобы исходный сигнал стал измерительным, необходимо один из его параметров связать функциональной зависимостью с измеряемой физической величиной. Параметр сигнала, выбранный в качестве такового, называется ин-формативным, а все остальные параметры — неинформативными. Процесс пре-образования исходного сигнала в измерительный, то есть преобразование одного из параметров исходного сигнала, генерируемого некоторым источником, в информативный параметр, называется модуляцией. В зависимости от вида модуляции измерительные сигналы можно классифицировать следующим образом. Сигналы постоянного уровня характеризуются лишь одним параметром и поэтому могут быть модулированы только по уровню. Уровень сигнала является при этом мерой измеряемой величины. Синусоидальные сигналы могут быть модулированы по амплитуде, фазе или частоте. В зависимости от того, какой из этих параметров сигнала является мерой измеряемой величины, говорят об амплитудио-модулированных, фазо-моду-лированных или частотно-модулированных сигналах. Последовательность прямоугольных импульсов может быть модулирована по амплитуде (амплитудно-импульсно модулированные сигналы), по частоте (час-тотно-импульсно модулированные сигналы), по фазе (фазо-импульсно модули-рованные сигналы) или по ширине импульсов (широтно-импульсно модулированные сигналы). Сигнал, в котором различным значениям измеряемой величины поставлена в соответствие определенная комбинация импульсов различного уровня, называется кодо-импульспым, или цифровым. В зависимости от характера изменения информативного параметра сигнала по уровню и во времени измерительные сигналы подразделяются на:

непрерывные по уровню, или аналоговые, если их информативный параметр может принимать любые значения в заданном диапазоне;
дискретные, или квантованные по уровню, если их информативный параметр может принимать лишь некоторое ограниченное число значений в пределах заданного интервала;
непрерывные во времени, если они существуют в течение всего времени измерения и в любой момент может быть выведен на регистрацию;
дискретизироваиные, или квантованные по времени, если они несут информацию о значении измеряемой физической величины лишь в течение некоторых промежутков времени. К этой группе относятся, например, все виды импульсно-модулированных сигналов.

При анализе измерительных сигналов их принято описывать либо функциями времени, либо с помощью спектральных представлений, основанных на преобразованиях Фурье и Лапласа.

Математическое описание измерительных сигналов. Математические модели элементарных измерительных сигналов

Вспомогательные сигналы, действующие в импульсных и цифровых измерительных системах, представляют собой различные последовательности импульсов определенной формы. Одна из основных форм — прямоугольный импульс. Импульсные периодические и одиночные сигналы имеют достаточно широкий спектральный состав.

Периодические и импульсные измерительные сигналы

Периодические сигналы. Периодическим называют любой из-мерительный сигнал, повторяющийся через регулярные интервалы времени (рис. 4.4, а) и удовлетворяющий условию: u(t) = u(t+ nТ), где Т — период повторения (следования) импульсов; п = 0, 1, 2,...,... .

Периодическая последовательность импульсов описывается рядом:

Здесь u0(t) — форма одиночного импульса, характеризующаяся следующими параметрами: амплитудой (высотой) Е; длительностью (шириной) t; периодом следования Т= 1/F(F = ω1/2π — циклическая частота следования); положением импульсов во времени относительно тактовых точек.

Одиночный прямоугольный импульс (рис. 4.4, а) описывают уравнением:

т.е. он формируется как разность двух единичных функций σ(t) (функций включения, или функций Хевисайда), сдвинутых во времени на tn.

Последовательность прямоугольных импульсов представляет собой известную сумму одиночных импульсов:

Отношение периода к длительности прямоугольного импульса называется скважностью q = T/tn.

Представим периодический сигнал тригонометрической формой ряда Фурье:

В этом соотношении:

постоянная составляющая;

амплитуды косинусоидальных составляющих;

амплитуды синусоидальных составляющих.

Часто удобнее (4.4) представлял» эквивалентной формой ряда Фурье:

где A0 = a0/2, Аn = √(an^2+bn^2): — амплитуда; φn= arctg(bn/an) — начальная фаза n-й гармоники сигнала.

Периодический сигнал обладает линейчатым (дискретным) спектром. Спектральную составляющую с частотой ω1=2π/T в радиотехнике называют первой {основной) гармоникой, а составляющие с частотами nω1 (n>1) — высшими гармониками периодического сигнала.

Наиболее наглядно о спектре сигнала можно судить по спектральной диаграмме. Различают амплитудно-частотные и фазочастотные спектры. Совокупность амплитуд гармонических составляющих An носит название спектра амплитуд, φn — спектра фаз.

На спектральных диаграммах по оси абсцисс откладывают текущую частоту, а по оси ординат — либо вещественную (рис. 4.4, б), либо комплексную амплитуду, или фазу соответствующих гармонических составляющих анализируемого сигнала. Спектр периодического сигнала принято называть линейчатым или дискретным, так как он состоит из отдельных линий, высота которых равна амплитуде А„ соответствующих гармоник.

Частота первой гармоники спектра сигнала равна частоте следования импульсов f1= ω1/2π =1/T; частота второй — удвоенной частоте следования импульсов 2f1 и т. д. Амплитуды гармоник с увеличением их номера уменьшаются, поэтому считают, если полоса пропускания схемы лежит в пределах от 1/tn до 3/tn то она не вносит заметных искажений в передаваемый импульсный сигнал.

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 715; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!