Михайлов_Автоматика и автоматизация измерений
.pdf
0
0
0
t
t
t
40. Спектральный анализ сигналов в случае частотной модуляции. Фазовая модуляция
х(t)= Acosωt x(t)=AcosΩt
Где: Ω – низкочастотный сигнал; ω – высокочастотный несущий сигнал.
Закон изменения (ω 0 - это закон изменения по косинусоидальному закону): ω 0 ± ωcosΩ
Модулирующая функция имеет постоянную амплитуду.
X(t) |
|
|
ω |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
Спектр (математический анализ разложенный в ряд Фурье) дает спектральный состав. Спектральный состав функции в случае модуляции выглядит так:
ω 0 -2Ω 
ω 0
ω 0 +2Ω
ω 0 -Ω ω 0 +Ω
Ширина этого спектра (П):
П=4Ω
В случае если модулированная функция (низкочастотный сигнал) имеет более сложный характер нежели x(t)=AcosΩt, спектральный состав изменится. Добавится еще одна третяя гармоника.
ω
ω 0 -Ω ε 0 ω 0 +3Ω
X(t |
|
У(t |
|
Средства |
|||
|
|
||
|
Измерени |
|
|
|
я |
|
|
|
|
|
П=6Ω
Это нужно для того, чтобы правильно выбрать С.И. Каждое С.И. имеет амплитудно-частотную характеристику, которая имеет завалы (спад коэффициентов усиления элементов С.И. за счет непостоянства сопротивления реактивных элементов х L х C ).
Завалы – это спад коэффициентов усиления, элементов С.И. за счет
непостоянства сопротивлений реактивных элементов:
хL = 2 f L
хC = 21fc
В связи с этим при известном способе управления сигналом требуется выбрать такое С.И. у которого полоса (заштриховка) была равна или больше
ω ширины спектра результирующей функции. В случае соответствия С.И. этой функции у(t) не будет соответствовать х(t), т.е. возникают
искажения формул сигнала, что приводит к погрешности измерений в измеряемом параметре.
Фазовая модуляция.
Частота и фаза связаны между собой следующими составляющими:
ω= |
d (t) |
dt |
|
dt |
|||
|
|
Как видно из этих выражений частотная модуляция и фазовая модуляция связаны друг с другом, т.к. являются производимыми друг от друга, поэтому всѐ что относится к частотной м.- относится и к фазовой.
Преимущества частотной и фазовой модуляции перед амплитудной:
Известно что наиболее часто возникающие помехи в информационных сетках связаны с изменением амплитуды сигналов. Если существует сигнал (полезный), то в ряде случае при возникновении электрических разрядов в атмосфере, в электрических сетях происходит спекание амплитуды помех уменьшая или увеличивая при этом амплитуду полезного сигнала в зависимости от фазы.
Аналогичные изменениямогут происходить из амплитудно-частотных и фазовых
ω модуляционных колебаний. Однако в этом случае информационным параметром является лишь только частота сигнала. Амплитуда не играет роли в этом случае.
Для устранения влияния амплитудных полей в случае частотной
модуляции используют электронные устройства которые называют ограничители амплитуд. В качестве
ограничителей амплитуд используют электронные усилители с рабочей точкой находящейся на краях нагрузочной характеристики. Статическая характеристика таких средств измерения выглядит так:
Ограничение, это когда изменение входного сигнала x(t) не вызывает изменения выходного сигнала у(t).
41. Спектральный анализ сигналов в случае импульсной модуляции (ИМ).
При ИМ в качестве несущих сигналов используется последовательность прямоугольных импульсов.
x(t)
t
Разложение функции в ряд Фурье в случае управления амплитудами прямоугольных импульсов с помощью гармонического синусоидального сигнала:
|
1 k |
|
x(t) |
|
A e jk t |
|
||
|
|
k |
|
2 k |
|
Уравнение амплитудами низкочастотного сигнала: x(t) Acos t
Не приводя полное выражение разложения в ряд Фурье, спектральная плотность:
S(ω)
|
ω |
ω0 2ω0 |
|
Центральные |
гармоники этого спектра имеют амплитуду, |
спадающую по экспоненциальному закону. Т.о. в спектре присутствует число гармоник kω± Ω.
В случае использования частотно-импульсной, широтноимпульсной и временно-импульсной модуляций в спектре вокруг каждой линии (kω0) спектра появляется большое число гармоник, амплитуда которых быстро убывает с частотами ω0+Ω, ω0+2Ω ,…
С точки зрения помехоустойчивости наиболее устойчивыми являются частотно-импульсная, широтно-импульсная и временноимпульсная модуляции, поэтому они и являются более предпочтительными, но для использования этих видов модуляция нужна расширенной амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) СИ и большее быстродействие. Сейчас наиболее часто используется в СИ кодово-импульсная модуляция, она позволяет уменьшать погрешность с помощью корректирующих кодов.
42. Масштабное преобразование сигналов.
Кроме функции преобразования модуляцией используется и простое изменение амплитуды сигналов по току, или напряжению, или мощности. Такое преобразование называют масштабным. Часто надо не только увеличить, но и уменьшить величину сигнала (I, U, P). Физическими величинами, над которыми надо производить масштабные преобразования, являются перемещение, механические моменты, давление, число оборотов, действующая сила. После превращения этих параметров в электрические либо усилением, либо делением амплитуды сигналов. Эта операция называется усилением электрического сигнала. В качестве усилителей используют дискретные усилители.
При уменьшении электрического параметра используют: 1)делители U или I:
Uвх
R1
|
R2 |
Uвых f |
R1 |
*Uвх |
|
R2 |
|||
|
||||
|
|
|
|
При подсоединении такого делителя напряжения к нагрузке возникает нелинейность статической характеристики нагрузки:
Условием применения делителя напряжения в цепях является то,
что Rнагр>R2, изменений не будет.
Для деления напряжений или токов в цепях переменного тока используют:
2)емкостные делители напряжения:
Uвх С1
С2 Uвых
А также:
3)измерительные трансформаторы:
U1 I |
II U2 |
К |
|
U1 |
1 |
тр |
U 2 |
|
|||
|
|
|
|
2 |
ω-число витков
Ктр>1 – понижение, <1 – повышение.
Часто надо изменение частоты сигнала, для этого используются делители частоты на основе электрических импульсных схем (мультивибраторов).
43.Структурная схема самобалансирующегося моста.
Структурная схема – функциональное изображение устройства автоматического СИ, отображающее его принцип работы и состоящее из однородных элементов (блоков). Эти элементы на структурной схеме отображаются в виде квадратов, а функциональные связи – в виде стрелок.
Большинство автоматических СИ построено на основе измерительных преобразователей следящего уравновешивания. Часто это реализуется с помощью самобалансирующегося моста.
Самобалансирующийся мост – это устройство, представляющее собой замкнутую систему из резистивного моста и усилителя разбаланса.
|
с |
|
ОС |
Rх |
|
R2 |
|
а |
|
в |
Uав |
R3 |
|
|
|
d |
R4 |
УРМ |
|
Rх – резистивный первичный измерительный преобразователь. Работа такого устройства заключается в том, что Uав подается на вход усилителя разбаланса мостовой схемы (УРМ). УРМ имеет известный коэффициент усиления по U. Часть U с выхода усилителя либо полностью U с помощью линии обратной связи (ОС) подается на диагональ питания моста. Это называется обратной связью.
При изменении параметра объекта (свойства сертифицируемого материала) изменяется величина Rх, в результате нарушается условие равновесия мостовой схемы, возникает U в измерительной диагонали ав. Это U усиливается усилителем и с обратной полярностью подается на диагональ питания сd, компенсируя разбаланс, мост возвращается в равновесие, а мерой разбаланса будет являться Uвых. Такие мостовые схемы используются в устройствах много- и однократных измерений.
44. Классификация автоматических анализаторов качества продукции. Структурные схемы.
Сточки зрения измерений они делятся на 4 группы:
1.По характеру работы:
Непрерывные
Циклического действия 2. По агрегатному состоянию анализируемого вещества:
Газовые
Жидкостные
Твердожильные
Плазменные 3. По используемому методу анализа:
Физические
Химические
Физико-химические 4. По параметру анализируемого вещества:
Анализаторы концентрации
Анализаторы свойств
Анализаторы состава
Анализаторы непрерывного действия – для анализа веществ в непрерывном цикле производства либо в потоке.
Структурная схема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
----------------------------------------------- |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
1 |
|
2 |
|
|
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
|
|
6 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
----------------------------------------------- |
|
|
|
|
|
||||||
1 устройство забора пробы
2 устройство пробоподготовки
3 собственно ПИП
4 измерительный преобразователь
5 нормирующий или маштабный преобразователь
6 вторичный преобразователь или регистрирующее устройство
7 устройство преобразователя сигнала для цифровых микропроцессорных устройств или управляющих ЭВМ