- •Глава 7 цифровая регистрация и анализ сигналов
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Цифровая измерительная регистрация
- •7.2.1. Устройство цифрового измерительного регистратора
- •7.2.2. Дискретизация, квантование и восстановление сигнала
- •7.2.3. Задание интервала регистрации
- •7.3. Цифровой анализ сигналов
- •7.3.1. Области анализа
- •7.3.2. Анализ во временной области
- •7.3.3. Анализ в частотной (спектральной) области
- •7.3.4. Вычисление параметров электропотребления
- •7.4. Характеристики типичных регистраторов/ анализаторов
- •7.4.1. Регистраторы/анализаторы параметров электропотребления
- •7.4.2. Мини-логгеры
- •7.4.3. Компьютерные средства регистрации и анализа
Глава 7 цифровая регистрация и анализ сигналов
7.1. Общие сведения
В практических задачах электрических измерений все чаще используются динамические модели процессов и объектов.
Автономные измерительные приборы (как аналоговые, так и цифровые), предназначенные для статических измерений (вольтметры, амперметры, ваттметры, термометры, манометры и т.д.), не позволяют осуществлять длительную автоматическую регистрацию сигналов, выполнять последующий обстоятельный анализ поведения исследуемых процессов и объектов, не дают возможности определять некоторые ключевые параметры модели процесса/объекта в динамике, достаточно полно и подробно оценивать особенности процесса или объекта.
Аналоговые регистраторы (самопишущие приборы, светолучевые осциллографы, магнитографы, запоминающие электроннолучевые осциллографы) имеют ряд существенных недостатков: сравнительно невысокую точность, не всегда достаточное число входных каналов, невысокую надежность вследствие наличия механических узлов или сложности устройства), значительные габаритные размеры и массу, создают серьезные трудности организации автоматизированной обработки результатов записи. Кроме того, их практически невозможно использовать в информационно-измерительных системах, системах автоматизированного управления.
Для решения задач динамических измерений, длительной автоматической регистрации в настоящее время широко применяются Цифровые методы и средства. Все активнее используются малогабаритные измерительные цифровые регистраторы и анализаторы, микропроцессорные и компьютерные средства измерений и регистрации. Последующий цифровой анализ сигналов базируется именно на зарегистрированных массивах цифровых данных достаточно большого объема. Одно из важных преимуществ цифровых измерительных регистраторов легкий и естественный переход от процедуры регистрации к процедуре автоматизированного цифрового анализа.
Современный уровень развития измерительной техники дает богатые возможности по организации сложных экспериментов.
Цифровые средства регистрации и анализа сигналов характеризуются довольно высокими значениями точности (погрешности 1,0...0,01 %), разрешающей способности (1: 200... 1:65 000), стабильности преобразования, быстродействия, надежности; большими объемами памяти данных (100 Кбайт... 10 Мбайт); при этом используются разнообразные сложные алгоритмы обработки.
7.2. Цифровая измерительная регистрация
В основе многих современных средств динамических измерений лежат принципы цифровой измерительной регистрации. Класс средств цифровой измерительной регистрации представлен сегодня различными типами устройств: сравнительно простыми и «медленными» накопителями данных логгерами (Data Logger); регистраторами быстропротекающих процессов (Transient Memory); цифровыми осциллографами (Digital Storage Oscilloscope – DSO): анализаторами сигналов во временной области (Digital Signal Analyzer, Time-Domain Analyzer); анализаторами сигналов в частотной области (Frequency-Domain Analyzer); разнообразными компьютерными измерительными устройствами (Computer-Based Instrumentation). Основные формы преобразования информации, положенные в основу всех этих средств, это аналого-цифровое преобразование входных сигналов, хранение, цифровой анализ и передача больших массивов цифровых эквивалентов.
Цифровые измерительные регистраторы не имеют недостатков, присущих аналоговым, и успешно используются в современной измерительной технике. В настоящее время в мире выпускается множество самых разнообразных автономных (малогабаритных) и специализированных (прецизионных или быстродействующих) регистраторов, компьютерных измерительных устройств для решения различных задач динамических измерений.