Опишите методы обработки сигналов в измерительных информационных системах.
Методы обработки данных в ИИС можно разделить на две группы:
цифровая обработка данных;
аналоговая обработка данных.
Цифровая обработка сигналов (англ. digital signal processing, DSP)
ЦОС – преобразование сигналов, представленных в цифровой форме.
Любой непрерывный
(аналоговый) сигнал s(t) может быть
подвергнут дискретизации
по времени и квантованию
по уровню (оцифровке),
то есть представлен в цифровой форме.
Если частота дискретизации сигнала Fd
не меньше, чем удвоенная наивысшая
частота в спектре сигнала Fmax (то есть
),
то полученный дискретный сигнал s(k)
эквивалентен сигналу s(t) (см. теорему
Котельникова). При помощи математических
алгоритмов s(k) преобразуется в некоторый
другой сигнал s1(k) имеющий требуемые
свойства. Процесс преобразования
сигналов называется фильтрацией, а
устройство, выполняющее фильтрацию
называется фильтр.
Различают методы обработки сигналов во временной и в частотной области. Эквивалентность частотно-временных преобразований однозначно определяется через преобразование Фурье.
Аналоговая обработка сигналов
Это любая обработка, производящаяся над аналоговыми сигналами аналоговыми средствами. В более узком смысле – математический алгоритм, обрабатывающий сигнал, представленный аналоговой электроникой, в котором математические значения представлены непрерывными физическими величинами, например, напряжением, электрическим током или электрическим зарядом. Небольшая ошибка или шум в сигнале будет представлен в результирующей ошибке обработанного сигнала. При обработке сигналов может быть использована частотная или фазовая модуляция. Первыми электронными приборами для обработки аналоговых сигналов были электронные лампы, затем их сменили в подавляющем большинстве случаев транзисторы и микросхемы.
Опишите назначение и задачи измерительных систем.
Под ИИС понимаются системы, предназначенные для автоматического получения количественной информации непосредственно от изучаемого объекта путем процедур измерения и контроля, обработки этой информации и выдачи ее в виде совокупности именованных чисел, высказываний, графиков и т. д., отражающих состояние данного объекта.
Первое поколение ИИС представляли собой автоматизированные аналоговые системы, в которых осуществлялась первичная обработка информации при помощи функциональных преобразователей или простейших арифметических устройств. Строились на электромеханических и электронно-ламповых элементах; они обладали малым быстродействием, имели низкую точность и надежность.
ИИС второго поколения имели значительно более высокое быстродействие и точность. Обработка информации в них производилась при помощи специализированных электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ). Применение в них многоступенчатых управляемых коммутаторов позволило значительно увеличить число измерительных каналов. Был использован принцип блочно-модульной компоновки. Недостаок серийных ИИС – отсутствие в их составе первичных преобразователей.
Третье поколение ИИС связано с развитием микроэлектроники. Оно характеризуется созданием неких универсальных ядер, вокруг которых могут быть сформированы ИИС для массового сбора измерительной информации, как в условиях производства, так и при научных исследованиях. Они получили название измерительно-вычислительных комплексов (ИВК).
В четвертом поколении ИИС использовались многофункциональные (ансамблевые) первичные измерительные преобразователи, позволяющие осуществлять преобразование нескольких однородных или разнородных физических величин. Получение информации, преобразование и предварительная обработка осуществляется на самом нижнем уровне иерархии ИИС встроенным в первичный преобразователь микропроцессором. Расширилось сервисное обслуживание: путем самодиагностики, а также анализ влияющих факторов, позволяющих осуществлять в ИИС необходимые профилактические мероприятия и выбирать соответствующий алгоритм измерения.