Понятие измерительного сигнала и его преобразование

Сентябрь 3, 2022

Главная
Алгебра
Понятие измерительного сигнала и его преобразование

Содержание

2. Лекция 8 Понятие измерительного сигнала и его преобразование
3. Понятие сигнала Сигнал - это информационная функция, несущая сообщение о физических свойствах, состоянии или поведении какой-либо
4. Классификации измерительных сигналов
5. Виды сигналов аналоговый квантованный дискретный Квантованный дискретизированный
6. Области применения аналоговых и цифровых сигналов
7. Импульсные сигналы Периодические сигналы
8. Гармонические сигналы В комплексной форме (с использованием уравнения Эйлера) Периодический сигнал может быть представлен рядом Фурье
9. Случайные сигналы Прямоугольный периодический сигнал (меандр) F(x) = P(x Функция распределения вероятностей Плотность распределения - среднеквадратичное
10. Случайные сигналы и корреляционная функция Примеры сигналов и их автокорреляционных функций: а – стохастический сигнал с
11. Преобразование сигналов Основные операций преобразования: функциональное изменение, квантование, дискретизация, восстановление, сравнение, фильтрация, модуляция, детектирование запоминание.
12. Дискретизация и квантование Квантованный-аналоговый сигнал Дискретный сигнал
13. Теорема Котельникова Теорема отсчётов Уиттакера-Найквиста-Котельникова-Шеннона (теоре́ма Коте́льникова) гласит, что если непрерывный сигнал x(t) имеет спектр, ограниченный
14. Фильтрация сигналов Операция выделения из спектра сигнала определенной полосы частот называется фильтрацией. Фильтрацию можно классифицировать: по
16. Модуляция сигналов Модуляция - изменение одного или нескольких параметров высокочастотного колебания по закону передаваемого сообщения. Частоты
17. Модуляция сигналов амплитудная частотная фазовая Частотная Амплитудная Фазовая
18. Импульсная модуляция
19. Детектирование Детектирование (демодуляция) - выделение низкочастотного сообщения (информационного электрического сигнала) из модулированного высокочастотного сигнала. Осуществляется с
20. Лекция 10 Методы повышения точности средств измерений
21. Основные способы и методы повышения точности измерений 1. Замена менее точного средства измерений на более точное
22. 6. Внедрение способов контроля работоспособного состояния средств измерений в процессе их эксплуатации Это мероприятие способствует выявлению,
23. 10. Метод обратного преобразования Этот метод применяют при автоматической коррекции погрешности средств измерений. Эффективен только в
24. Функциональная схема измерительного прибора x(t) - сигнал ξ(t) - возмущения на сигнал x(t), q (η) -
25. Методы повышения точности средств измерений конструктивно-технологические, структурные, алгоритмические, инвариантные, комплексные. Конструктивно-технологические методы основаны на повышении качества
26. Структурные методы Основная идея структурных методов повышения точности состоит в том, чтобы из неточных элементов путем
27. Схемы температурной компенсации а) б) R1=const
28. Схема компенсации сопротивлением с обратным температурным коэффициентом
29. Инвариантные методы Инвариантные методы сводятся к выбору точных связей, при которых система не реагирует на внешние
31. схема защиты прибора от возмущений, которые пропускаются через фильтры Ф1 Ф2, Ф3. Здесь под фильтрами следует
32. Реализация принципа инвариантности путем создания в схеме прибора компенсирующих сигналов, противоположных по знаку погрешностям. С поступлением
33. Схема прибора прямого преобразования, с двумя одинаковых канала S1 и S2 через один из которых проходит
34. Компенсация температуры холодного спая
35. Схема автоматического введения поправки на температуру
39. Алгоритмические методы Алгоритмические методы повышения точности сводятся к рациональной обработке сигналов с целью исключения погрешностей. Наибольшее
40. Метод эталонных сигналов k1, k2, k4 k1, k3 k2, k4 k2, k3, k5
41. Метод инвертирования широко используется для устранения ряда постоянных и медленно изменяющихся систематических погрешностей. Этот метод и
42. Комплексные методы повышения точности Основаны на сочетании структурных и алгоритмических методов, используют информацию об одних и
43. Схема комплексирования
45. Скачать презентацию

Слайд 2

Лекция 8 Понятие измерительного сигнала и его преобразование

Слайд 3

Понятие сигнала
Сигнал - это информационная функция, несущая сообщение о физических свойствах,

состоянии или поведении какой-либо физической системы, объекта или среды.
Целью обработки сигналов 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.

Слайд 4

Классификации измерительных сигналов

Слайд 5

Виды сигналов
аналоговый
квантованный
дискретный
Квантованный дискретизированный

Слайд 6

Области применения аналоговых и цифровых сигналов

Слайд 7

Импульсные сигналы
Периодические сигналы

Слайд 8

Гармонические сигналы
В комплексной форме
(с использованием уравнения Эйлера)
Периодический сигнал может быть представлен

рядом Фурье
x(t) = X0 + ∑Xk cos(kωt + ψk)

Временная модель сигнала

Спектр сигнальной функции.

s(t) =Ak⋅cos(2⋅p⋅fk⋅t+jk),
где: Ak = {5, 3, 4, 7} - амплитуда гармоник; fk = {0, 40, 80, 120} - частота в герцах;
jk = {0, -0.4, -0.6, -0.8} - начальный фазовый угол колебаний в радианах; k = 0,1,2,3. Фундаментальная частота сигнала 40 Гц

Слайд 9

Случайные сигналы
Прямоугольный периодический сигнал (меандр)
F(x) = P(x
Функция распределения вероятностей

Плотность распределения

- среднеквадратичное

- дисперсия

Слайд 10

Случайные сигналы и корреляционная функция
Примеры сигналов и их автокорреляционных функций:
а –

стохастический сигнал с малой тенденцией к сохранению; б - стохастический сигнал с большой тенденцией к сохранению; в - периодический сигнал; г – сигнал, имеющий периодическую и стохастическую составляющую

Слайд 11

Преобразование сигналов
Основные операций преобразования:
функциональное изменение,
квантование,
дискретизация,
восстановление,
сравнение,
фильтрация,

модуляция,
детектирование
запоминание.

Слайд 12

Дискретизация и квантование
Квантованный-аналоговый сигнал
Дискретный сигнал

Слайд 13

Теорема Котельникова
Теорема отсчётов Уиттакера-Найквиста-Котельникова-Шеннона (теоре́ма Коте́льникова) гласит, что если непрерывный сигнал

x(t) имеет спектр, ограниченный частотой Fmax, то он может быть однозначно и без потерь восстановлен по своим дискретным отсчётам, взятым с частотой fдискр=2*Fmax, или, по-другому, по отсчётам, взятым с периодом Tдискр= 1/2 Fmax .

Теорема была сформулирована В. А. КотельниковымТеорема была сформулирована В. А. Котельниковым в 1933 году в его работе «О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи» и является одной из основополагающих теорем в теории и технике цифровой связи.

Слайд 14

Фильтрация сигналов
Операция выделения из спектра сигнала определенной полосы частот называется фильтрацией.

Фильтрацию можно классифицировать:
по роду преобразований на:
аналоговую
цифровую,
по расположению полос пропускания — на фильтрацию
низких частот
высоких частот
полосовую схема
заграждающую схема.

Слайд 15

Слайд 16

Модуляция сигналов
Модуляция - изменение одного или нескольких параметров высокочастотного колебания по

закону передаваемого сообщения. Частоты модулирующего сигнала должны быть малы по сравнению с частотой несущей.

Слайд 17

Модуляция сигналов
амплитудная
частотная
фазовая
Частотная
Амплитудная
Фазовая

Слайд 18

Импульсная модуляция

Слайд 19

Детектирование
Детектирование (демодуляция) - выделение низкочастотного сообщения (информационного электрического сигнала) из модулированного

высокочастотного сигнала. Осуществляется с помощью различного рода детекторов (синхронных, амплитудных, квадратичных)

Слайд 20

Лекция 10 Методы повышения точности средств измерений

Слайд 21

Основные способы и методы повышения точности измерений
1. Замена менее точного средства

измерений на более точное (приобретение или разработка специальных средств измерений)
Этот способ повышения точности измерений эффективен при доминирующих инструментальных составляющих погрешности измерений.
2. Ограничение условий применения средств измерений
Этот способ повышения точности измерений целесообразен, если доминируют дополнительные погрешности средств измерений
3. Индивидуальная градуировка средства измерений
Этот способ повышения точности измерений эффективен при доминирующих систематических составляющих погрешности средств измерений.
4. Выполнение многократных наблюдений с последующим усреднением их результатов
Этот способ эффективен при доминировании случайной составляющей погрешности измерений.
5. Автоматизация измерительных процедур

РМГ 64-2003

Слайд 22

6. Внедрение способов контроля работоспособного состояния средств измерений в процессе их

эксплуатации
Это мероприятие способствует выявлению, исключению или снижению метрологических отказов в средствах измерений.
7. Разработка или совершенствование методик выполнения измерений
Если доминируют методические составляющие погрешности измерений, то этот способ повышения точности измерений является единственно эффективным.
8. Метод сравнения с мерой
Метод сравнения с мерой основан на том, что размер измеряемой величины сравнивают с
9. Использование тестовых методов
Сущность тестовых методов повышения точности измерений заключается в определении параметров статической функции преобразования (далее - СФП) с помощью дополнительных преобразований тестов, каждый из которых функционально связан с измеряемой величиной.

Слайд 23

10. Метод обратного преобразования
Этот метод применяют при автоматической коррекции погрешности

средств измерений. Эффективен только в том случае, если обратный преобразователь значительно точнее прямого преобразователя.
На вход обратного преобразователя подают реальный выходной сигнал средства измерений. Разность двух сигналов (входной сигнал средства измерений минус выходной сигнал обратного преобразователя) соответствует погрешности средства измерений и может быть использована для выработки корректирующего сигнала как в системе самонастройки, так и в системе введения поправок.
11. Использование информационной избыточности
Под информационной избыточностью понимают такое состояние измерительной информации, при котором она более необходима для реализации функций управления объектов.

Слайд 24

Функциональная схема измерительного прибора
x(t) - сигнал
ξ(t) - возмущения на сигнал

x(t),
q (η) - помехи η(t), действующих на параметры прибора q,
v - помехи, возникающих в самом приборе

Слайд 25

Методы повышения точности средств измерений
конструктивно-технологические,
структурные,
алгоритмические,
инвариантные,
комплексные.
Конструктивно-технологические методы

основаны на повышении качества материалов, деталей, сборки, регулировании и т. д.

Слайд 26

Структурные методы
Основная идея структурных методов повышения точности состоит в том, чтобы

из неточных элементов путем их рационального соединения создать точные приборы. Достигается это тем, что в измерительную цепь прибора включают корректирующие звенья и элементы.

Слайд 27

Схемы температурной компенсации
а)
б)
R1=const

Слайд 28

Схема компенсации сопротивлением с обратным температурным коэффициентом

Слайд 29

Инвариантные методы
Инвариантные методы сводятся к выбору точных связей, при которых система

не реагирует на внешние возмущения.

Можно отметить два способа:
а) уменьшение погрешностей за счет уменьшения возмущений ξ, q, η и ν на прибор;
б) уменьшение погрешностей за счет уменьшения коэффициентов влияния β1, β2, β3… βn .

Принцип Аббе - отсчетное устройство должно быть на одной линии с измеряемым размером

Слайд 30

Слайд 31

схема защиты прибора от возмущений, которые пропускаются через фильтры Ф1 Ф2,

Ф3. Здесь под фильтрами следует понимать собственно фильтры, амортизаторы, экраны и т. д.

Слайд 32

Реализация принципа инвариантности путем создания в схеме прибора компенсирующих сигналов, противоположных

по знаку погрешностям.

С поступлением возмущений ξ, q, η и ν - по двум каналам. Второй с передаточной функцией W организуется для того, чтобы получить компенсационный сигнал

Слайд 33

Схема прибора прямого преобразования, с двумя одинаковых канала S1 и S2

через один из которых проходит измеряемый сигнал х и возмущающий сигнал ξ, а через второй -— только сигнал ξ. В вычислителе В производится операция вычитания ξ и на выходе получается сигнал у=у(х), не зависящий от ξ

Слайд 34

Компенсация температуры холодного спая

Слайд 35

Схема автоматического введения поправки на температуру

Слайд 36

Слайд 37

Слайд 38

Слайд 39

Алгоритмические методы
Алгоритмические методы повышения точности сводятся к рациональной обработке сигналов с

целью исключения погрешностей.
Наибольшее значение имеют методы:
эталонных сигналов (в сочетании с переменной структурой),
методы инвертирования и модуляции сигналов,
методы обработки сигналов в микропроцессорах и др.

Слайд 40

Метод эталонных сигналов
k1, k2, k4
k1, k3
k2, k4

k2, k3, k5

Слайд 41

Метод инвертирования широко используется для устранения ряда постоянных и медленно изменяющихся

систематических погрешностей. Этот метод и ряд его разновидностей (метод исключения погрешности по знаку, коммутационного инвертирования, структурной модуляции, двукратных измерений, инвертирования функции преобразования и др.) основаны на выделении алгебраической суммы четного числа сигналов измерительной информации, которые вследствие инвертирования отличаются направлением информативного сигнала, опорного сигнала или знаком погрешности.
Метод модуляции - метод близкий к методу инвертирования, в котором производится периодическое инвертирование входного сигнала и подавление помехи, имеющей однонаправленное действие.
Метод исключения погрешности по знаку - вариант метода инвертирования, который часто применяется для исключения изввестных по природе погрешностей, источники которых имеют направленное действие, например погрешностей из-за влияния постоянных магнитных полей, ТЭДС и др.

Слайд 42

Комплексные методы повышения точности
Основаны на сочетании структурных и алгоритмических методов, используют

информацию об одних и тех же или функционально связанных величинах, полученных с помощью различных приборов, с целью уменьшения погрешностей и повышения надежности.
Направлений в создании комплексных систем:
комплексирование п одинаковых приборов с целью получения среднего по множеству значения измеряемой случайной величины;
комплексирование нескольких приборов одного назначения, имеющих различную точность или разные диапазоны измерения
комплексирование нескольких приборов одного назначения, отличающихся разными областями применения

Слайд 43

Понятие измерительного сигнала и его преобразование

Содержание

Лекция 8 Понятие измерительного сигнала и его преобразование

Понятие сигналаСигнал - это информационная функция, несущая сообщение о физических свойствах,

Классификации измерительных сигналов

Виды сигналованалоговыйквантованныйдискретныйКвантованный дискретизированный

Области применения аналоговых и цифровых сигналов

Импульсные сигналыПериодические сигналы

Гармонические сигналыВ комплексной форме(с использованием уравнения Эйлера)Периодический сигнал может быть представлен

Случайные сигналыПрямоугольный периодический сигнал (меандр) F(x) = P(xФункция распределения вероятностей

Случайные сигналы и корреляционная функцияПримеры сигналов и их автокорреляционных функций:а –

Преобразование сигналовОсновные операций преобразования: функциональное изменение, квантование, дискретизация, восстановление, сравнение, фильтрация,

Дискретизация и квантованиеКвантованный-аналоговый сигналДискретный сигнал

Теорема КотельниковаТеорема отсчётов Уиттакера-Найквиста-Котельникова-Шеннона (теоре́ма Коте́льникова) гласит, что если непрерывный сигнал

Фильтрация сигналовОперация выделения из спектра сигнала определенной полосы частот называется фильтрацией.

Модуляция сигналовМодуляция - изменение одного или нескольких параметров высокочастотного колебания по

Модуляция сигналовамплитуднаячастотнаяфазоваяЧастотнаяАмплитуднаяФазовая