2.3 Некоторые методы, определяющие стратегию измерений

Метод когерентных отсчетов.

Использование этого метода позволяет обрабатывать измерительный сигнал с шириной спектра F, значительно большей, чем ширина полосы B измерительной системы, при условии, что сигнал является периодическим. Беря отсчёты значений измеряемого сигнала с интервалом, немного превосходящим n периодов сигнала (n – целое число), можно запомнить форму сигнала и получить верное представление о нем. Если интервал между отсчетами обозначить nT+δ, где T – период измеряемого сигнала, то период восстановленного (по этим отсчетам) сигнала будет равен . Это означает, что в измеренном сигнале произошло уменьшение частоты враз.

На рисунке интервал между отсчетами выбран T+δ (так, что n=1). На нижнем графике восстановленный по отсчетам сигнал. Если δ<<T , то сигнал можно обрабатывать измерительной системой с полосой B<<fο. Из рисунка видно, что число пропускаемых периодов n и отношение T/δ (число отсчетов на период восстановленного сигнала) выбираются таким образом, чтобы частотный спектр восстановленного сигнала, представляющего собой огибающую пиковых значений был уже полосы пропускания измерительной системы, применяемой для обработки исходного сигнала, из которого берутся отсчеты.

Такой способ измерений реализуется при стробоскопических измерениях.

Метод случайных отсчетов.

Очевидно, что при когерентном взятии отсчетов требуется выполнение определенных условий, гарантирующих, что отсчеты с номерами 1,2,3 и т.д. будут производиться точно в нужные моменты времени. Однако бывают случаи, когда нас интересует только информация о величине, а не о форме сигнала. В этом случае отсчеты можно брать в произвольные моменты времени. Таким образом, можно определить, например, среднеквадратическое значение сигнала с широкополосным спектром. При этом сигнал не обязательно должен быть периодическим.

В общем случае можно утверждать, что случайный характер отсчетов не оказывает влияния на статистические параметры, относящиеся к величине сигнала (среднее, среднеквадратическое отношение и т.д.). Иногда случайное взятие отсчетов осуществляют с определенной частотой, никак не связанной с наблюдаемым сигналом. Однако, при этом, может наступить корреляция между измеряемым сигналом и процедурой взятия отсчетов и поэтому информация о величине сигнала, получаемая из отсчетов может содержать ошибки. Чтобы избежать этих ошибок, частоту отсчетов качают в определенных пределах. При случайном взятии отсчетов полоса пропускания “В” измерительной системы также может быть меньше ширины спектра F измеряемого сигнала.

Метод мультиплексирования.

Применение этого способа позволяет одновременно (при частотном мультиплексировании) или последовательно (при временном мультиплексировании) обрабатывать несколько процессов. Целесообразно использовать этот способ в том случае, когда полоса “В” измерительной системы много больше частотного спектра F измеряемых сигналов, при этом измерительных сигналов несколько. На рис. в качестве иллюстрации показано как можно использовать временное мультиплексирование в системе контроля параметров и управления процессом ректификации нефти. С помощью аналоговых датчиков контролируются различные параметры «крекинг-процесса» такие как температура, давление, объем и т.д.

При частотном мультиплексировании узкополосный измеряемый сигнал сдвигается в другой диапазон частот. Это производится таким образом, чтобы спектры нескольких преобразуемых измеряемых сигналов занимали соседние интервалы частот без перекрытия. На выходе измерительной системы необходим демодулятор, чтобы восстановить каждый сигнал в его полосе частот. Этот способ часто используют в телеметрии и телефонии.