4.5Структура устройств ти

В телеизмерительных устройствах время-импульсной системы параметром сигнала, несущим информацию при передаче по каналу связи, является длительность импульса или интервал между фронтами импульсов.

Соответственно, основной блок установленного на контролируемом пункте КП (рис. 4.5.1) передающего устройства - это преобразователь измеряемой величины X во временной интервал τ, а основной блок установленного на пункте управления (ПУ) приемного устройства — это преобразователь τ в непрерывную элек­трическую величину (напряжение U, ток I) или в циф­ровой код N. В зависимости от вида приемного преобра­зователя, следом за ним включается аналоговый при­бор АП пли цифровой прибор ЦП.

рис. 4.5.1. Структура телеизмерительного устройства время-импульсной системы

Канал связи, показанный на рис. 4.5.1, это не всегда выделенная пара проводов. В более общем случае это одни из множества каналов, образованных по одной паре проводов путем вторичной модуляции несущих ко­лебаний с различными частотами. При этом в системе имеет место повторная модуляция.

Система, показанная на рис. 4.5.1, является одноканальной. Многоканальную систему можно построить, применив либо частотное, либо временное разделение каналов. Частотное разделение выполняется обычно в каналообразующей аппаратуре. При этом собственно телеизмерительная аппаратура представляет собой про­стую сумму одноканальных устройств.

рис. 4.5.2. Пример структуры многоканального время-импульсного устройства

Временное разделение каналов выполняется в самих телеизмерительных устройствах с помощью двух авто­матически синхронизируемых коммутаторов. Пример структуры такого устройства показан на рис. 4.5.2. Здесь на приемной стороне применен цифровой преобразова­тель τ в цифровой код N, так что в отличие от комму­татора передатчика К, переключающего аналоговые сигналы датчиков U₁...U₂, коммутатор приемника К" переключает кодовые сигналы, подавая их по очереди на регистры Р₁ – Р_п, запоминающие коды по каждому ка­налу.

В устройстве имеются два вида воспроизведения: цифровое и аналоговое. Для управления цифровым при­бором нужен единично-десятичный код. Он невыгоден для запоминания и передачи, поэтому на промежуточных этапах используется более экономный код, например двоично-десятичный, а перед цифровым прибором уста­навливается дешифратор ДШ. Для аналогового вос­произведения используются индивидуальные преобразо­ватели цифрового кода в ток.

4.6Динамический диапазон и точность демодуляции шим-ам сигналов

При разработке демодулирующих устройств в систе­мах с ШИМ прежде всего следует выбрать метод де­модуляции - непосредственная фильтрация ШИМ-сигналов посредством ФНЧ (первый метод), либо преобра­зование ШИМ – АИМ с последующей фильтрацией или интерполяцией (второй метод). Первый метод обладает очевидным преимуществом – простотой. Таким же оче­видным преимуществом второго метода является возможность получения большой амплитуды полезной со­ставляющей при малых глубинах модуляции. Однако второй метод технически более сложен, а следовательно, здесь возможны дополнительные инструментальные по­грешности, вызванные, например, нелинейностью преобразования ШИМ – АИМ, погрешностями фиксирующих схем и др.

В показано, что выбор метода демодуляции ШИМ-сигналов зависит от используемой глубины мо­дуляции М, т. е. для многоканальных систем - от количества каналов, размещаемых при временном разделе­нии в канале связи. Если имеется возможность использовать сигнал ШИМ с мак­симальной глубиной модуляции М→1, то наиболее целесообразным оказы­вается первый метод модуляции. В этом случае при простоте технической реализации появляется возмож­ность получения максимальной амплитуды ПС без каких-либо дополнительных преобразований.

В области малых глубин модуляции М (0,1—0,01) наиболее целесообразно применение второго метода со ступенчатой интерполяцией и последующей фильтрацией фильтром не ниже третьего порядка. Тогда обеспечивается максимальная амплитуда полезного сигнала (вне зависимости от значения М) и достигается большая, чем по первому методу, точность демодуляции (по второму методу точность порядка 1 % достигается при коэффициенте следования μ ≈ 9 ÷ 10). Практическая непригодность первого метода в данном случае объясняется малым уровнем полезного сигнала после фильтра и меньшей точностью, так как ошибка σ_ε ⁄ σ_х с уменьше­нием М, как показано выше, увеличивается.

Для практического определений параметров импульс­ных сигналов и оценки точности демодуляции при пер­вом методе можно использовать результаты теоретиче­ского и экспериментального исследования статистиче­ской точности демодуляции. Экспериментально установ­лено, что зависимости относительных ошибок σ_х = f(μ) в случае фильтрации ШИМ‑сигналов приближен­но аппроксимируются зависимостями σ₀ ⁄ σ_х = f(μ), где σ²₀ — мощность помехи на выходе фильтра при поступ­лении на его вход немодулированной последовательно­сти импульсов. Таким образом, дисперсия ошибки σ²м, вызванной модуляционной помехой ШИМ-сигнала, примерно равна мощности помехи, вызванной немодули­рованной последовательностью импульсов, независимо от вида энергетического спектра входного сигнала, его дисперсии, вида закона распределения вероятности и типа фильтра. Условия, необходимые для выполнения указанного соотношения, состоят в том, чтобы ФНЧ не давал значительных искажений полезной составляю­щей ШИМ-сигнала, а порядок фильтра не превышал N = 6.

Считая, что мощность сигнала помехи на выходе ФНЧ при немодулированной последовательности им­пульсов σ²₀ определяется в основном первой гармоникой тактовой частоты, получим следующие приближенные соотношения для составляющей ошибки демодуля­ции δм.

При

При

Где − модуль передаточной функции ФНЧ на тактовой

частоте ;

σ − среднеквадратическое значение ПМС.