65. Преобразование сигналов измерительной информации. Линеаризация характеристик преобразования. Дифференциальное включение двух нелинейных преобразователей.

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.

В качестве иллюстрации этого метода рассмотрим одинаковые резистивные преобразователи, чувствительные к одной и той же измеряемой величине Х, но изготовленные из разных материалов, так что зависимость их сопротивлений от измеряемой величины Х описывается выражениями

Принципиальные схемы мостов с дифференциальным включением преобразователей приведены на рисунке 2.3. При нелинейных функциях преобразования преобразователей (нелинейность, например, квадратичная) равные и противоположно направленные воздействия измеряемой величины вызывают изменения полных сопротивлений преобразователей, которые уже не являются одинаковыми по значению и противоположными по знаку, т.е