2.2. Аналоговые сигналы

В отличие от дискретного, аналоговый сигнал может иметь любой уровень напряжения в зависимости от времени. Поскольку аналоговый сигнал может быть в любом состоянии в любой момент времени, физические свойства, которые будут измеряться, отличаются от тех, которые измеряются в цифровом сигнале.

В аналоговом сигнале можно измерять уровень, форму и частоту аналогового сигнала, как показано на рис.2.4.

Рис.2.4. Измерения в аналоговом сигнале

Уровень — Измерение уровня напряжения аналогового сигнала похоже на измерение состояния цифрового сигнала. Отличие в том, что аналоговый сигнал может иметь любой уровень напряжения, в то время как цифровой может принимать два фиксированных уровня: 0 либо 5 вольт.

Форма — измерение формы сигнала часто является очень важным, поскольку аналоговые сигналы могут иметь любое значение в каждый момент времени. Например, синусоидальная волна отличается от пилообразной. Измерение формы сигнала предоставляет информацию для анализа других параметров сигнала, таких как пиковые (амплитудные) значения, параметры фронта или среднее значение.

Частота — измерение частоты аналогового сигнала похоже на измерение частоты цифрового сигнала. Однако непосредственно померить частоту аналогового сигнала вы не сможете. Вам понадобится программный анализ - обычно это преобразование Фурье - чтобы выделить частотную информацию.

Измерение уровня сигнала предполагает, что он медленно изменяется с течением времени. При этом сигнал обычно нужно измерять с высокой точностью. Для измерения уровня требуется устройство сбора данных (УСД) с большим разрешением, но небольшой частотой выборки. Используя различные преобразователи (датчики), можно измерять напряжения источников питания, температуру в смесительном баке, давление внутри шланга или нагрузку на часть механизма, как показано на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Измерение уровня сигнала

Измеряя форму сигнала, получают зависимость уровня сигнала от времени. Некоторые сигналы очень быстро меняются со временем, и в этом случае нужно с высокой точностью измерять их уровень. Для таких сигналов необходимо использовать устройство сбора данных с большим разрешением и высокой скоростью выборки.

Большое количество примеров измерения формы сигналов можно найти медицинской, электронной и автомобильной промышленности - от измерения параметров сердцебиения и измерения видеосигналов до измерения вибрации. После ввода сигнала в компьютер, можно проанализировать его форму для получения необходимой информации.

Например, при измерении кровяного давления наиболее информативны пиков, значения. Однако из-за наличия постоянной времени цепи сопротивление-конденсатор (RC - цепочка) скорее всего, придется работать с зависимостью амплитуды от времени, к это показано на рис. 2.6.

Рис. 2.4. Измерение формы сигнала

При измерении частоты сигнала опять необходима зависимость сигнала от времени. Многие сигналы очень быстро меняются во времени, и при этом необходимо с высокой точностью измерять частоту сигнала. Поэтому необходимо использовать УСД с большим разрешением и высокой скоростью дискретизации. Получив сигнал в зависимости от времени (представление сигнала во временной области), можно получить и его зависимость от частоты (в частотной области) при помощи программного обеспечения. Среда разработки виртуальных приборов LabVIEW предлагает все необходимые программные средства анализа, показано на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Измерения в частотной области

В целом ряде случаев появляется необходимость исследовать сигнал в частотно-временной области, то есть иметь зависимость спектра сигнала от времени (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Частотно-временная спектрограмма

Данный вид анализа позволяет выявить дефекты, в процессе работы различных механизмов.