3.12.2.5 Особенности использования фотоэлектрических преобразователей
В зависимости от используемого промежуточного элемента в преобразователе в конструкции используются вращающееся зеркало; штриховые шкалы и дифракционные решетки. Конструкции использующие вращающееся зеркало построены на базе пружинно-оптического механизма оптикатора. Конструкции, использующие растровые и дифракционные измерительные устройства, применяют для высокоточных измерений линейных и угловых перемещений в широких диапазонах.
Если основой является сопряжение растров – измерительного и двух индикаторных, то измерительный растр жестоко связывают с подвижным стержнем, контактирующим с контролируемым объектом, а один неподвижный растр сдвигают по пространственной фазе на π/2 относительно другого неподвижного растра для определения направления перемещения измерительного растра. Если основой являются дифракционные решетки, то появляется возможность повышения точности перемещений. Полосы возникают в результате интерференции пучков различных порядков дифракции. Частота изменения освещенности на фотоприемниках определяется не только частотой решетки, но и спектральным порядком дифракции. Таким образом, она получается в несколько раз большей, чем частота решетки.
4 Оптимальная фильтрация.
Средство измерений, решающее задачу обнаружения, с одной стороны, должно максимально способствовать тому, чтобы полезный сигнал, если он есть, как можно четче проявился бы на выходе; с другой стороны, решение о его наличии или отсутствии должно приниматься с достаточной степенью уверенности. Соответственно структурные схемы индикаторов включают обычно фильтр, предназначенный для выделения полезного сигнала, и ограничитель, реализующий решающее правило.
Для определения характеристик селективного фильтра, задаются моделью помехи. При этом считают, что помеха представляет собой нормальный случайный процесс со средним значением, равным нулю, и равномерным энергетическим спектром Gη (ω) = G0 = const. Такая модель помехи называется белым шумом.
Фильтр наилучшим образом решит задачу выделения полезного сигнала, если в какой-нибудь момент времени t0 максимизирует отношение пиковой мощности сигнала к эффективной мощности помехи. Синтезированный по этому критерию фильтр называется оптимальным. Любой фильтр оптимален только для одного вида сигналов, имеющих соответствующий спектр.
Оптимальный фильтр искажает форму входного сигнала. Оптимальная фильтрация позволяет улучшить отношение сигнал/шум на выходе фильтра по сравнению с входом.
5 КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ.
Измерительная информация заключается в том, какой уровень превышен сигналом. Таким образом, информация о значении сигнала оказывается дискретной. Переход к ней называется квантованием, а сами уровни - уровнями квантования сигнала.
Если будет зафиксировано, что сигнал превысил i уровень (но не достиг i+1), то его значение
X = Xi + Q,
где значение поправки Q может быть любым в пределах от 0 до МX = Xi+1- Xi.
Величина МX называется шагом квантования.
Дефицит информации о значении поправки приводит к потере точности. С учетом поправки
;
,
где UX - аналог среднего квадратического отклонения.
При заданных Ux и диапазоне измерения сигнала от 0 до Xmax число уровней или ступеней квантования определяется по формуле:
Уровни квантования могут быть обозначены какими-либо символами или пронумерованы в десятичной или любой другой системе счисления. Такая операция называется кодированием.
Различают равномерные и неравномерные коды. Во избежание ошибок считывания применяются правила образования кодовых комбинаций, при которых соседние комбинации могут отличаться цифрой только в одном разряде. Такие коды получили название отраженные, (например, код Грея).
В простых равномерных кодах непреднамеренное изменение одного из кодовых элементов на противоположный приводит к возникновению новой комбинации, т.е. к ошибке. Коды, позволяющие обнаруживать и исправлять ошибки, называются корректирующими.
Число информационных разрядов k определяет мощность
и избыточность
кода. Дополнительные разряды (проверочные) служат для обнаружения и исключения ошибок.
Использование избыточности и применение корректирующих кодов лежит в основе помехоустойчивого кодирования.
Критерием эффективности кода является средняя длина кодовой комбинации
,
где
РК – вероятность k значения;
lК –длина соответствующей ему кодовой комбинации.
Код, синтезированный по критерию
,
называется оптимальным и обеспечивает максимальную скорость передачи измерительной информации.