1.7 Способы повышения информативности измерительного процесса

Информативность измерительных устройств зависит от характера погрешности. Например, при чисто аддитивной погрешности (рис. а) информативность средства измерения минимальна в начале и максимальна в конце диапазона измерений. При мультипликативной погрешности (рис. б) информативность измерительного процесса постоянна во всем диапазоне изменений.

Рис.1.5 Информационная способность измерительных устройств с различным характером зависимости погрешности от значения измеряемой величины.

Для большинства измерительных приборов количество получаемой при измерениях информации зависит от значения измеряемой величины (рис. в).

Вопросами повышения информативности измерительных устройств занимается метрология. Повышение информативности измерительного устройства достигается за счет обеспечения избыточности измерительной информации, путем статистической обработки результатов многократных измерений, использованием группы датчиков и усреднением их результатов и т.п.

Для оценки информационной способности канала передачи данных применяется формула Шеннона:

. (1.21)

Из данной формулы следует, что для передачи заданного количества информации по каналу с шумом необходимо избыточное количество информации, равное, по крайней, неопределенности, обусловленной шумом. Уменьшение мощности шума в измерительном канале приводит к увеличению пропускной способности канала, повышению точности измерений.

Существует много методов введения избыточности в сигнал с целью увеличения помехозащищенности на стадиях передачи и обработки измерительной информации, но все они сводятся к увеличению мощности сигнала над помехой или увеличению длительности спектра сигнала.

Для отделения сигнала от помехи используют любое различие между ними, если это можно идентифицировать. Можно, например, заранее на входе наделить полезный сигнал, каким – либо, свойством, отличающим его от помехи, и использовать это отличие для разделения сигнала и помех.

Метод накопления - это интегральный прием, при этом непрерывная функция интегрируется за определенный период времени. С увеличением времени накопления сигнала растет превышение сигнала над помехой.

Степень мешающего воздействия помех зависит от вида модуляции сигнала. Наиболее устойчивым в отношении флуктуационных помех являются широкополосные виды модуляции, т. е. такие, у которых спектр модулированного колебания значительно шире спектра модулирующей функции.

Для улучшения соотношения уровней полезного сигнала и шума используют фильтрование сигнала. Шумовые спектры имеют широкий частотный диапазон. Если сигнал имеет ограниченный спектр, то эффективнее использовать полосовой фильтр, фильтры высоких и низких частот на входе в устройство.

С использованием микропроцессоров реализуют цифровое фильтрование сигналов путем усреднения сигнала во времени. Для более точного вычисления истинного значения полезного сигнала производят несколько выборок, находят их среднее, а по ним средневзвешенное значение, но для этого требуется обеспечить достаточно высокую скорость вычислений. Усовершенствованием этого метода является нахождение скользящего среднего (среднее с учетом предыдущего значения среднего).

При реализации сложного усреднения во времени перемещают датчик по периодической траектории и т.п., что обеспечивает смещение сигнала по спектру. Используют многоканальные счетчики с использованием нескольких одинаковых датчиков и усреднением сигнала от них.

Оптимальная фильтрация в равной степени ослабляет сигнал и шум с одинаковыми спектральными характеристиками, но подавляет спектральные составляющие помех на тех частотах, где сигнал отсутствует.

Корреляционный прием содержит устройства перемножения и усреднения (интегратор) и предназначен для образования на выходе функции корреляции смеси сигнала и помехи, поступающей на вход.

Для защиты от наводок используют: экранирование; заземление с обеспечением общей точки; применение гальванических развязок; использование дифференциальных усилителей; применение оптической связи; фильтрование; использование печатных плат и т.п.