68. Преобразование сигналов измерительной информации. Линеаризация характеристик преобразования. Коррекция результатов преобразования введением поправок.

Сигналы могут быть обработаны с использованием методов аналоговой обработки сигналов, цифровых методов обработки сигналов или комбинации аналоговых и цифровых методов (комбинированной обработки сигналов). Что касается ЦСП, то главное отличие его от традиционного компьютерного анализа данных заключается в высокой скорости и эффективности выполнения сложных функций цифровой обработки, таких, как фильтрация, анализ с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ) и сжатие данных в реальном масштабе времени. Термин «комбинированная обработка сигналов» подразумевает, что системой выполняется и аналоговая, и цифровая обработка сигнала. Такая система может быть реализована в виде печатной платы, гибридной интегральной схемы (ИС) или отдельного кристалла с интегрированными элементами. АЦП и ЦАП рассматриваются как устройства комбинированной обработки сигналов, так как в каждом из них реализованы и аналоговые, и цифровые функции. Недавние успехи технологии создания микросхем с очень высокой степенью интеграции позволяют осуществлять комплексную (цифровую и аналоговую) обработку на одном кристалле. Сама природа ЦОС подразумевает, что эти функции могут быть выполнены в режиме реального масштаба времени.

Рассмотрим понятие линейности. Говорят, что система линейна в опреде-

ленном диапазоне измеряемых величин, если ее чувствительность не зависит от значения измеряемой величины, т.е. остается постоянной. В диапазоне линейности характеристики преобразователя электрический сигнал во всех элементах измерительной цепи пропорционален значениям измеряемой величины, если все другие устройства, связанные с преобразователями (мосты, усилители), также линейны. В таком случае значительно упрощается последующая обработка результатов измерений. Преимущество линейности столь бесспорно, что при нелинейности преобразователя целесообразно делать измерительную систему линейной, включая в нее устройства коррекции. Этот процесс называют линеаризацией; он направлен на то, чтобы сделать сигнал прямо пропорциональным изменениям измеряемой величины.

Существует ряд способов, позволяющих скорректировать нелинейность характеристики как самого преобразователя, так и измерительной схемы в целом, не допустив при этом отклонений от линейности преобразования в рабочем диапазоне изменения измеряемой величины, и в пределах допускаемой погрешности измерений полагать чувствительность неизменной.

Эти способы условно могут быть разбиты на две группы: а) корректирующие характеристику преобразователя или схемы аппаратными средствами путем компенсации нелинейности; б) корректирующие результаты измерений аналоговой или цифровой обработкой выходного сигнала аппаратными и (или) программными средствами.

Аппроксимация характеристики. Градуировочную характеристику, отражающую связь величин Uх и Х, можно аппроксимировать многочленом n-й степени:

Значения (n + 1) постоянных коэффициентов ak можно получить, решая (n + 1) уравнений, связывающих (n + 1) значений Ux и X. Такой способ нахождения значений аk не обеспечивает наилучшего и единственного решения, поскольку оно будет зависеть от выбора числа точек аппроксимации. Очевидно, для упрощения решения следует ограничить число членов до приемлемого минимума, определяемого задаваемой погрешностью измерений.

Устройство линеаризации зависимости Ux(X) должно формировать напряжение, пропорциональное значению величины X