1. Уменьшение продольной помехи Епр.

Разность потенциалов (ЭДС) Епр, возникающая на сопротивлении Rз может достигать нескольких сотен вольт!

Под действием ЭДС Епр во входной цепи Zвх текут токи i₁ и i₂ (см. выше рис.).

Током i₁ можно пренебречь, т.к. входное сопротивление Zвх>>Rис. А ток i₂, создавая падение напряжения на сопротивлении Rз, сильно искажает результат измерения.

Чтобы избежать этого, используют симметричный вход, называемый также “плавающим”: (этот приём называют ещё симметрирование входной цепи).

Рис.

Z₁ – сопротивление изоляции между шасси (схемная земля) и внешним кожухом прибора;

Z₂ – сопротивление изоляции между верхним проводом и внешним кожухом прибора.

Здесь точка б – шасси (схемная земля) не подключена к кожуху прибора, а “плавает”.

В идеальном случае при Rз=Rис точки а и б являются равнопотенциальными относительно помехи, и продольная помеха не создаёт падения напряжения на входном сопротивлении Zвх преобразователя.

Однако на практике помеха остаётся, но она сильно ослаблена из-за того, что ток i₂ от ЭДС Епр в конце “Епр-Rз-Z₁” (см. рис.) сильно ограничен сопротивлением изоляции Z₁ между шасси схемы и кожухом прибора!

Такое включение позволяет снизить продольную помеху на постоянном токе на 80-120 дБ, а на переменном токе на 60-100 дБ.

2. Уменьшение поперечной помехи

• технологические методы уменьшения поперечной помехи;

• схемные методы уменьшения поперечной помехи.

Технические методы:

• магнитное экранирование от низкочастотных и электромагнитное экранирование от высокочастотных полей (ослабление 50Гц-полях до 30 дБ);

• уменьшение длины проводов (приближение к датчикам измерительных цепей);

• сближение и скрутка проводов, идущих к датчикам (ЭДС наводимые в отдельных элементарных контурах, вычитаются, что на несколько порядков (!) уменьшает влияние поперечных помех на измерительные провода.

Схемные методы:

• использование заграждающих фильтров на входе преобразователей (чаще фильтры настраиваются на частоту сети). Иногда включают ряд последовательных фильтров, настроенных на частоты гармоник сетевого напряжения. Однако этот метод снижает быстродействие преобразователей;

• использование интегрирующих преобразователей “напряжение - код”. Если выбрать время интегрирования равные или кратные периоду помехи (для сетевой помехи он известен) влияние помехи сводят к нулю.

Рис.

• периодическое изменение полярности питания параметрических датчиков с последующим определением полуразности из суммы и разности полезного сигнала Uс и помехи Uп:

• выполнение измерений в моменты, когда синусоидальная помеха принимает допустимо малые значения.

11.Под модуляцией понимают воздействие измеряемой величины (модулирующего сигнала) на какой-либо параметр носителя, т.е. сигнала.

В процессе модуляции принимают участие:

• модулирующий сигнал (первичный сигнал, содержащий передаваемую информацию);

• высокочастотный переносчик (носитель, несущее колебание).

В качестве переносчика (носителя) чаще всего используется высокочастотное синусоидальное колебание, но могут применяться и другие электрические процессы, например, периодическая последовательность импульсов.

В любом случае, ширина спектра модулирующего сигнала должна быть мала по сравнению с частотами спектральных составляющих носителя. Т.е. первичный сигнал является медленной функцией времени по сравнению с носителем(!).

Модуляция заключается в изменении какого-либо параметра носителя (амплитуды, частоты, фазы) или нескольких его параметров по закону изменения модулирующего сигнала.

Изменяемый при модуляции тот или иной параметр носителя определяет название вида модуляции.

Сигнал (носитель) может быть как синусоидальным, так и импульсным.

В зависимости от того, на какой параметр носителя (сигнала) воздействует измеряемая величина, различают следующие виды модуляции:

Например, нужно передать сообщение в виде кодовой группы 10101. Это можно сделать, используя один из видов модуляции, например, АИМ и ЧМ:

Рис.

Теперь, пусть, например, в качестве носителя выбрана периодическая последовательность импульсов с отличительными признаками:

• амплитуда (высота) импульса;

• длительность импульса;

• частота повторения импульсов;

• фаза (положение) импульсов относительно тактовых моментов времени.

Рассмотрим различные виды модуляции на примере импульсного измеряемого (модулирующего) сигнала (см. рис. ниже):

а) модулирующий сигнал;

б) носитель;

в) АИМ (изменяется амплитуда);

г) ШИМ (изменяется ширина импульса);

д) ЧИМ (изменяется частота);

е) ФИМ (изменяется фаза импульсов).

Рассмотрим теперь в качестве носителя синусоидальный сигнал в виде:

Пусть закон изменения измеряемого (модулирующего сигнала) x(t).

В случае АМ к постоянной амплитуде U_m носителя добавляется переменная составляющая амплитуды, которая изменяется пропорционально модулирующему сигналу:

U_m + ΔU _* x(t),

где второе слагаемое – переменная составляющая амплитуды

ΔU – наибольшее отклонение амплитуды АМ – колебания.

В результате АМ – колебание можно записать в виде:

Передаваемая информация заключена здесь в изменениях огибающей высокочастотного колебания:

Рис.

Здесь – верхний график – модулирующий сигнал, а нижний график – модулированное колебание.

В случае ФМ постоянный сдвиг по фазе φ₀ носителя заменяется на переменный: φ₀ + Δφ _* x(t),

где Δφ – наибольшее отклонение фазы при модуляции фазы носителя.

Таким образом, ФМ – колебание можно описать выражением:

.

В случае ЧМ постоянную частоту φ₀ носителя следует заменить на переменную, линейно связанную с модулирующим сигналом:

,

где - наибольшее отклонение частоты

Фаза

Можно показать, что Uчм равно:

где .

Поскольку на сигнал воздействует не только измеряемая величина, но и помеха, то необходимо оценивать помехоустойчивость системы, каждая выражается отношением Pс/Рп или Uc/Uп на выходе измерительного устройства,

где Рс, Рп – мощность и напряжение сигнала;

Uc, Uп - мощность и напряжение помехи.

Выбор того или иного выбора вида модуляции производят, сравнивая отношения Pс/Рп для разных видов модуляции и выбирая максимальное отношение.

Опуская промежуточные вычисления, запишем результирующие выражения для отношений сигнал/помеха:

• при АМ: , (1)

где - амплитуда синусоидального носителя

G – спектральная плотность мощности помехи (в качестве помехи принят “белый шум”, т.е. помеха имеет равномерную спектральную плотность мощности G(ω) в определённой полосе частот от до , где - частота несущих колебаний.

• при ЧМ: , (2)

где - наибольшее отклонение частоты.

В выражении (2) параметр называется индекс модуляции. (обычно ).

Тогда выражение (2) принимает вид:

(3)

или .

Сравнивая выражения (3) и (1), видим, что при ЧМ относительное влияние помехи в (3β) раз меньше (в десятки и сотни раз), чем при АМ. Т.е. изменение ЧМ эквивалентно увеличению мощности сигнала на несколько порядков. Это - достоинство ЧМ. Однако при ЧМ ужесточаются требования к аппаратуре, т.к. при частотной модуляции значительно расширяется спектр сигнала.

Это мы рассматривали случай, когда носитель – синусоидальный. Рассуждая аналогичным образом, можно показать, что при импульсном носителе наименьшим отношением сигнал/помеха, т.е. наихудшей помехоустойчивостью, обладает АИМ.

Так, сравнение ШИМ с АИМ показывает, что:

,

где - отношение длительности τ используемого импульса (носителя) до модуляции к длительности μ фронта этого импульса. α>>1.

Сравнение ФИМ с АИМ даёт:

,

где - скважность, (её нужно увеличивать уменьшением или увеличением Т);

Т – период повторения импульсов; - длительность импульсов.

Итак, проранжировать различные виды модуляции по степени помехозащищённости следующим образом:

Рис.