1. Сигнал, як носій вимірювальної інформації. Квантування за часом, за рівнем та в просторі

Сигнал – матеріальний носій інформації, який фізично є енергетичним процесом. Вимірювальний сигнал – енергетичний носій вимірювальної інформації. Добування вимірювальної інформації про розміри фізичної велечини здійснюється формуванням перетворювань вимірювальних сигналів шляхом модуляції і кодування за допомогою засобів вимірювань з використанням допоміжник технічних засобів, в тому числі обчислювальних. Модулюються інформаційні параметри переносників, а кодується вімірювана інформація.

Код – правила відображення, різноманітності однієї множини різноманітністю іншої.

Відображення фізичним агналогом називажється аналоговим кодуванням.

Відображення інформації цифровими знаками називають цифровим кодуванням.

Неперервний чи дискретизований за часом або простором, континуальний чи квантований за рівнем вимірювальний сигнал є аналоговим. Дискретизований і кванований за рівнем аналоговий сигнал стає цифровим тільки після цифрового кодування.

Цифровими називаються такі прилади, в яких вимірювана величина автоматично в результаті квантування, дискретизації, порівняння, цифрового кодування і відповідних обчислень поступає у вигляді коду. Таким чином, принцип роботи цифрових вимірювальних приладів (ЦВП) засновано на дискретному відображенні неперервних величин. Неперервна величина - це величина, яка може мати в заданому діапазоні Д нескінчено велике число значень в інтервалі часу при нескінченно великому числі моментів часу (рис.1). Величина може бути неперервною або за значенням, а бо у часі.

Рис.1 Рис.2

Величина, неперервна за значенням і неперервна у часі, називається дискретизованою (Рис.2). Процес перетворення неперервної у часі величини у дискретизовану шляхом збереженя її миттєвих значень тільки в детерміновані моменти часу називається дискретизацією. Дискретизація сигналу означає заміну неперервної в часі величини її окремими вибірками, взятими в певні моменти часу.

Величина, неперервна у часі і перервна за значенням, називається квантованою (Рис.3).

Рис. 3

Вимірювальне перетворення аналогової величини у ступінчасто-змінювану із заданими розмірами квантів називається квантуванням. Суть квантування полягає у заміні неперервних значень сигналу в області його інтенсивності (рівня) квантованими (дозволеними) значеннями – подібно як при заокруглені чисел. Квантований номер, що відповідає вибірці вхідної величини в певний момент часу, зображується певним кодом і подається цифровим сигналом, який в більшості практичних випадків незалежно від використовуваної системи числення є бінарним, тобто подається лише двома різними рівнями. Загалом аналогово-цифрові пристрої не мають відлікових і (або) реєструвальних пристроїв і є базовою частиною складніших приладів або вимірювально-обчислювальних систем.

Кроком квантування називається різниця між двома сусідніми заданими значеннями квантованої величини. Крок квантування може бути змінним або постійним.

Неперервна величина може бути дискретизованою в часі і квантованою за значенням (рис.4,5).

Рис. 4 Рис. 5

Аналогова величина після квантування за рівнем і дескретизацією у часі в цифрових вимірювальних приладах обмежується кількістю значень цифрового відлікового пристрою. Як наслідок, результат квантування і дискретизації втрачається інформація, що є причиною виникнення похибок квантування і дискретизації.