СИГНАЛЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ

•В средствах измерений передача, хранение и отображение информации о значениях измеряемых величин осуществляются с помощью сигналов, которые принято называть сигналами измерительной информации.

•Сигнал как материальный носитель информации представляет собой некоторый физический процесс, один из параметров

которого функционально связан с измеряемой величиной. Такой параметр называют информативным параметром. Остальные параметры сигнала называют неинформативными.

•В электрических средствах измерений наиболее часто применяют электрические сигналы, информативными параметрами которых могут быть мгновенные значения постоянных токов и напряжений, амплитудные, средневыпрямленные или действующие значения синусоидальных токов и напряжений, а также их частота или фаза и др.

•При прохождении сигналов в средствах измерений они могут преобразовываться из одного вида в другой, более удобный для последующей передачи, хранения, обработки или восприятия оператором.

•На рис. 4-1 приведена структурная схема прибора, предназначенного для измерения температуры.

•На выходе термопары ТП возникает сигнал измерительной информации — термо-ЭДС е, которая зависит от измеряемой температуры t (°С).

•Этот сигнал преобразуется модулятором М в прямоугольные импульсы напряжения Uм, амплитуда которых пропорциональна термо-ЭДС.

•Переменная составляющая сигнала Uм усиливается усилителем У~ переменного тока и преобразуется в однополярные импульсы UВ выпрямителем В.

•Выходной сигнал выпрямителя подается на милливольтметр mV, вызывая отклонение его указателя на некоторый угол .

•В данной схеме сигналы е, Uм, U~ , UВ , есть сигналы измерительной информации.

Рис. 4-1. Сигналы измерительной информации в приборе для измерения температуры

•Измеряемая величина — температура в рассматриваемом примере — является входным сигналом для первичного измерительного преобразователя, т.е. измеряемая величина является информативным параметром входного сигнала.

•Еще пример: при измерении действующего напряжения силовой сети переменного тока входным сигналом является синусоидальное напряжение, а измеряемой величиной — действующее значение этого сигнала, являющееся в данном случае его информативным параметром.

•Необходимым условием различных преобразований сигналов является реализация определенной (чаще линейной) функциональной зависимости между информативными параметрами сигналов у и измеряемой величиной х.

•Практически в средствах измерений это условие выполняется с некоторой точностью, обусловленной погрешностями преобразования звеньев и действием помех.

•Применение того или иного вида сигнала зависит от многих факторов: используемых принципов преобразования измеряемых величин в электрический сигнал для первичных измерительных преобразователей, требуемой точности и помехоустойчивости передачи измерительной информации, скорости изменения измеряемых величин и т. д.

•Существует множество различных видов сигналов.

•Важным классификационным признаком сигналов является характер их изменения во времени и по информативному параметру.

•По этому признаку различают непрерывные, или аналоговые, и дискретные сигналы.

•Часто изменение сигнала по информативному параметру называют изменением по уровню.

•Дискретные по уровню сигналы называют также квантованными сигналами.

Основные виды сигналов, используемых в средствах

измерений.

1. Непрерывные (аналоговые) по информативному параметру и времени сигналы.

•Непрерывные сигналы определены в любой момент времени существования сигнала и могут принимать любые значения в диапазоне его изменения.

•В качестве таких сигналов нашли применение постоянные и гармонические токи и напряжения.

•Для постоянных токов i и напряжений и информативными параметрами являются их мгновенные значения, функционально связанные с измеряемой величиной х.

•На рис. 4-2, б изображен непрерывный сигнал у (ток i или напряжение и), связанный линейной зависимостью y = kx с измеряемой величиной х, здесь k — коэффициент преобразования.

Рис. 4-2. Измеряемая величина х (а) и сигналы измерительной информации у {б — м)

•В гармонических сигналах информативными параметрами могут быть амплитуда Ym, угловая частота или фаза .

•Изменение информативного параметра гармонического сигнала в соответствии с изменением измеряемой величины х называют модуляцией этого сигнала.

•Если с изменением х в гармоническом сигнале меняется один из параметров Ym, или , то говорят, что осуществляется соответственно амплитудная — AM (рис. 4-2, а, в), частотная — ЧМ (рис. 4-2, а, г) или фазовая — ФМ (рис. 4-2, а, д) модуляция.

•При фазовой модуляции фаза сигнала определяется

относительно второго (опорного) гармонического сигнала у0.

2. Непрерывные по информативному параметру и дискретные по времени сигналы.

•Такие сигналы определены на некотором конечном или счетном множестве моментов времени (или на множестве интервалов времени t1 ÷ ti).

•Теоретическая модель таких сигналов показана на рис. 4-2, е, где у (ti) — последовательность значений непрерывного сигнала y(t) = kx(t) (рис. 4-2, б), определенных в моменты времени t.

•В реальных средствах измерений подобным сигналом является периодическая последовательность импульсов постоянного тока (рис. 4-2, ж), у которых, в отличие от абстрактной модели, информативными параметрами могут быть не только амплитуда Ym, но и частота f или длительность этих импульсов.

•В зависимости от того, какой из этих параметров функционально связан с х, имеет место:

•Амплитудно-импульсная — АИМ (рис. 4-2, а, ж) модуляция сигнала ;

•Частотно-импульсная — ЧИМ (рис. 4-2, а, з) модуляция сигнала;

•Широтно-импульсная — ШИМ (рис. 4-2, а, и) модуляция сигнала.

3.Сигналы, непрерывные по времени и квантованные (дискретные) по информативному параметру.

•В таких сигналах (рис. 4-2, б, к) информативный параметр может

принимать только некоторые разрешенные уровни yj - отстоящие друг от друга на конечные интервалы (кванты)

Δy.

•Примером является сигнал на выходе цифро-аналогового преобразователя.

4. Сигналы, дискретные по времени и квантованные по информативному параметру.

•Теоретической моделью такого сигнала (рис. 4-2, л) является дискретная последовательность уj (ti) значений непрерывного сигнала y(t) = kx(t) (рис. 4-2, б), принимающая только разрешенные уровни уj , и определенная в дискретные моменты времени ti.

•Такому виду сигналов соответствуют, например,

сигналы при кодово-импульсной модуляции, при которой в моменты времени t,l каждому разрешенному уровню у ставится в соответствие определенный код — комбинация условных сигналов, в частности импульсов постоянного тока высокого уровня, обозначаемых 1, и импульсов низкого уровня, обозначаемых 0.

•На рис. 4-2, м показаны две кодовые комбинации — 0101 и 1010, соответствующие уровням ун и ув (рис. 4-2, л) в моменты времени и tm.

tl