- •3.1. Структуры и модели измерительных каналов
- •1. Измерительные сигналы
- •2. Спектральное представление измерительных сигналов.
- •3. Моделирование средств измерений. Структурные элементы и схемы измерительных каналов средств измерения.Модели измерительных каналов
- •4. Помехи каналов связи, особенности измерительного преобразования при наличие помех
- •5. Математические модели элементарных измерительных сигналов
- •6. Математические модели сложных измерительных сигналов
- •7.Модулированные и детектированные сигналы.
- •8. Квантование и дискретизация измерительных сигналов
- •3.2 Статические и динамические характеристики измерительных каналов
- •Принципы выбора и нормирования метрологических характеристик средств измерений.
- •Комплексы нормируемых метрологических характеристик средств измерений
- •Метрологическая надежность средств измерений
- •3.3. Вероятностные методы анализа и синтеза измерительных каналов
- •Основные понятия теории погрешностей
- •Принципы оценивания погрешностей.
- •Математические модели и характеристики погрешностей.
- •Результат измерения.
- •Систематические погрешности
- •Случайные погрешности
- •Суммирование погрешностей
- •Суммирование систематических погрешностей.
- •Способы обнаружения и устранения систематических погрешностей.
- •Правила округления результатов измерений.
- •Представление результата измерения.
- •Модели измерительных каналов
- •3.4. Информационная, алгоритмическая теории измерений
- •3.4.1 Информация
- •3.4.2 Энтропия.
- •3.4.3 Энтропийное значение погрешности.
- •3.4.4 Кодирование
- •3.4.5 Коды в иит
- •3.4.6 Структура и технические средства измерительной системы
- •3.4.7 Классификация средств измерений
- •Комплексные средства измерений
- •3.4.8 Моделирование средств измерений
- •3.5. Принципы обработки данных и расчет погрешности ик
- •Принципы обработки данных и расчет погрешности ик
- •Результат измерения.
- •Обработка результатов измерений
- •Идентификация формы распределения результатов измерений
- •Однократные измерения
- •Косвенные измерения
- •Совместные и совокупные измерения
- •Основы теории суммирования погрешностей
- •Суммирование систематических погрешностей
- •Суммирование случайных погрешностей.
- •Суммирование систематических и случайных погрешностей
- •Критерий ничтожно малой погрешности.
- •Классы точности средств измерений
Содержание
3.1. Структуры и модели измерительных каналов 2
3.2 Статические и динамические характеристики измерительных каналов 31
3.3. Вероятностные методы анализа и синтеза измерительных каналов 40
3.4. Информационная, алгоритмическая теории измерений 68
3.5. Принципы обработки данных и расчет погрешности ИК 83
3.1. Структуры и модели измерительных каналов
1. Измерительные сигналы 2
2. Спектральное представление измерительных сигналов. 6
3. Моделирование средств измерений. Структурные элементы и схемы измерительных каналов средств измерения.Модели измерительных каналов 7
4. Помехи каналов связи, особенности измерительного преобразования при наличие помех 15
5. Математические модели элементарных измерительных сигналов 17
6. Математические модели сложных измерительных сигналов 19
7.Модулированные и детектированные сигналы. 20
8. Квантование и дискретизация измерительных сигналов 22
Принципы выбора и нормирования метрологических характеристик средств измерений. 31
Комплексы нормируемых метрологических характеристик средств измерений 35
Метрологическая надежность средств измерений 37
Основные понятия теории погрешностей 41
Принципы оценивания погрешностей. 45
Математические модели и характеристики погрешностей. 46
Результат измерения. 51
СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ 51
СЛУЧАЙНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ 52
СУММИРОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ 54
Суммирование систематических погрешностей. 57
Способы обнаружения и устранения систематических погрешностей. 61
Правила округления результатов измерений. 63
Представление результата измерения. 64
Модели измерительных каналов 64
3.4.2 Энтропия. 69
3.4.3 Энтропийное значение погрешности. 69
3.4.6 Структура и технические средства измерительной системы 70
3.4.7 Классификация средств измерений 73
3.4.8 Моделирование средств измерений 79
Зависимость коэффициента k от Р и m 110
Таблица 1 110
Зависимость коэффициента k от m и С при Р = 0,99 111
Таблица 2 111
Суммарная систематическая погрешность 119
1. Измерительные сигналы
Сигнал - это информационная функция, несущая сообщение о физических свойствах, состоянии или поведении какой-либо физической системы, объекта или среды, а целью обработки сигналов в самом общем смысле можно считать извлечение определенных информационных сведений, которые отображены в этих сигналах (кратко - полезная или целевая информация) и преобразование этих сведений в форму, удобную для восприятия и дальнейшего использования.
Простейшими сигналами являются одномерные сигналы. Значения одномерных сигналов зависят только от одной независимой переменной
В общем случае сигналы являются многомерными функциями пространственных, временных и прочих независимых переменных - сейсмическая волна вдоль линии профиля s(x,t), аномалия гравитационного поля на поверхности наблюдений s(x,y), пространственно - энергетическое распределение потока ионизирующих частиц или квантов от источника излучения s(x,y,z,Е) и т.п
Многомерный сигнал может рассматриваться, как упорядоченная совокупность одномерных сигналов. С учетом этого при анализе и обработке сигналов многие принципы и практические методы обработки одномерных сигналов, математический аппарат которых развит достаточно глубоко, распространяются и на многомерные сигналы.
Классификация сигналов
Классификация детерминированных сигналов. Обычно выделяют два класса детерминированных сигналов: периодические и непериодические.
К периодическим относят гармонические и полигармонические сигналы. Для периодических сигналов выполняется общее условие s(t) = s(t + kT), где k = 1, 2, 3, ... - любое целое число, Т - период, являющийся конечным отрезком времени.
Г армонические сигналы (или синусоидальные), описываются следующими формулами:
s(t) = Asin(2πfоt+) = Asin(ωоt+),
или:
s(t) = Acos(ωоt+φ),
где А, fo, ωo,φ, - постоянные величины: А - амплитуда сигнала, fо - циклическая частота в герцах, ωо= 2πfо - угловая частота в радианах, φ и - начальные фазовые углы в радианах. Период одного колебания T = 1/fо = 2π/ωo. При = -/2 синусные и косинусные функции описывают один и тот же сигнал. Частотный спектр сигнала представлен амплитудным и начальным фазовым значением частоты fо (при t = 0).
Рис. 4 Гармонический сигнал и спектр его амплитуд.
Полигармонические сигналы составляют наиболее широко распространенную группу периодических сигналов и описываются суммой гармонических колебаний:
s(t) = Ansin(ωnt+φn),
или непосредственно функцией s(t) = y(t kTp), k = 1,2,3,..., где Тp - период одного полного колебания сигнала y(t), заданного на одном периоде. Значение fp =1/Tp называют фундаментальной частотой колебаний. Полигармонические сигналы представляют собой сумму определенной постоянной составляющей (fо = 0) и произвольного (в пределе - бесконечного) числа гармонических составляющих с частотами, кратными фундаментальной частоте fp, и с произвольными значениями амплитуд An и фаз n. Другими словами, частотный спектр полигармонических сигналов дискретен, в связи с чем второе распространенное математическое представление сигналов - в виде спектров (рядов Фурье).
Рис. 5. Временная модель сигнала. Рис. 6. Спектр сигнальной функции.
Периодический сигнал любой формы может быть представлен в виде суммы гармонических колебаний с частотами, кратными основной частоте колебаний ωр= 2π/Tр.
Рис 7
К непериодическим сигналам относят почти периодические и апериодические или переходные сигналы.
Рис.
8. Почти периодический сигнал и спектр
его амплитуд.
Рис.
9. Апериодический сигнал и модуль его
спектра.
s(t) = exp(-at) - exp(-bt),
где a и b – константы, в данном случае a = 0.15, b = 0.17. Частотный спектр апериодических сигналов непрерывен. Для их представления в частотной области используется интегральное преобразование Фурье, которым отображается спектральная плотность сигнала.
К апериодическим сигналам относятся также импульсные сигналы. Импульсы представляют собой сигналы, как правило, определенной и достаточно простой формы, существующие в пределах конечных временных интервалов. В классе импульсных сигналов выделяют подкласс радиоимпульсов.
Классификация случайных сигналов. Случайным сигналом называют функцию времени, значения которой заранее неизвестны, и могут быть предсказаны лишь с некоторой вероятностью. Случайный сигнал отображает случайное физическое явление или физический процесс, причем зарегистрированный в единичном наблюдении сигнал не воспроизводится при повторных наблюдениях и не может быть описан явной математической зависимостью.
Случайные сигналы подразделяют на стационарные и нестационарные. Случайные стационарные сигналы сохраняют свои статистические характеристики в последовательных реализациях случайного процесса. Что касается случайных нестационарных сигналов, то их общепринятой классификации не существует. Как правило, из них выделяют различные группы сигналов по особенностям их нестационарности.
Выделяют следующие типы сигналов, которым соответствуют определенные формы их математического описания.
Рис.
12. Аналоговый сигнал.
Рис. 13. Дискретный
сигнал
Рис. 14. Цифровой
сигнал