4. Измерительные сигналы и их преобразование
Измерительные сигналы это сигналы , являющиеся физическими носителями измерительной информацию. К ним относим: полезные сигналы, получаемые от исследуемых, контролируемых или управляемых объектов; вредные сигналы или помехи, поступающие в измерительную систему вместе с полезными сигналами или независимо от них; помехи, возникающие внутри измерительной системы, специально генерируемые в системе или вне ее сигналы, улучшающие работу системы (модуляция, дискретизация и др.).
Носителями физических сигналов используются импульсы механической, тепловой, электрической, магнитной, акустической и световой энергии и другие ее виды. Измерительные сигналы можно разделить на постоянные и переменные; неслучайные и случайные; периодические, почти периодические, импульсные, стационарные и нестационарные. На рис.1. дана одна из возможных систем классификации сигналов.
Рис. 1. Классификация сигналов
Рис. 5. Виды сигналов
Сигналы в зависимости от характера изменения во времени или пространстве делятся на непрерывные и дискретные. На том же рис.5. даны примеры дискретных (рис. 5, в) и дискретных квантованных (рис. 5, г) сигналов.
Импульсным называется сигнал, величина которого ничтожно мала в любой точке временной оси, за исключением некоторой конечной области Сигналы, значения которых повторяются через постоянные интервалы времени, называются периодическими (рис.7).
Рис. 7. Периодические сигналы
Особый класс составляют случайные сигналы, создаваемые случайными процессами в объектах и системах, о которых имеются неполные сведения. Случайные сигналы могут быть созданы посредством специальных генераторов.
К числу основных операций преобразования относятся: квантование, дискретизация, восстановление, сравнение, функциональное изменение, фильтрация, модуляция, детектирование и запоминание. Преобразование может быть линейным и нелинейным.
Преобразование непрерывного сигнала в дискретный, состоящий из множества квантов, называется квантованием по уровню.
Операция выделения из спектра сигнала определенной полосы частот называется фильтрацией. Фильтрацию можно классифицировать по роду преобразований на аналоговую и цифровую, а по расположению полос пропускания — на фильтрацию низких частот, высоких частот, полосовую и заграждающую. Устройства, осуществляющие фильтрацию, называются фильтрами. Необходимость модуляции возникает когда требуется повысить точность обработки измерительного сигнала, а также его передача на различные расстояния. Существует амплитудная (АМ), частотная (ЧМ) и фазовая (ФМ) модуляции.Выделение из модулированного сигнала составляющей, пропорциональной измеряемому сигналу, называется детектированием.
Если в качестве модулируемого сигнала используется периодическая последовательность импульсов (рис. 12.), то получим импульсную модуляцию.
При этом имеем амплитудную импульсную (АИМ), частотно-импульсную (ЧИМ), фазо-импульсную (ФИМ) и широтно-импульсную (ШИМ) модуляции. В измерительной технике модуляция применяется не только для более совершенной обработки измерительных сигналов, но также для фильтрации помех
Посредством датчиков необходимые параметры преобразуются в электрический сигнал. В то же время выходной сигнал авиационных приборов на современных летательных аппаратах как правило имеет цифровой характер. Требуемая точность, надёжность и информативность измеренного сигнала может быть обеспечена применением высокоточных датчиков, а также посредством соответствующих видов преобразований.