evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 52
Текст из файла (страница 52)
При этом возможны два решения: а) использование индивидуальных нормирую- щих преобразователей; б) использование групповых нормирующих преобразователей с выходными коммутаторами. Групповой преобра- зователь обслуживает группу однотипных перничных преобразователей (датчиков) с одинаковыми диапазонами сигналов. Обычно он слож- нее индивидуального преобразователя,иразработка его может соста- вить трудную задачу. Но зато ИИС с групповыми преобразователями может оказаться на сотни тысяч рублей дешевле, чем ИИС с индиан. дуальными преобразователями, 6.На выбор вида и структуры ИИС могут существенно влиять оп- ределенные ограничения, связанные со спецификой управляемых или исследуемых объектов: по массе, габаритам, ло .взрывобезопасности, по климатическим условиям, ло виду имеющегося энергопитания и т.
п. В ИИС находят применение все те измерительные преобразователи и приборьь которые рассмотрены в предыдуших главах настоящей книги. Особенно следует выделить цифровые приборы: аналого~циф- ровые и цифро-аналоговые преобразователи, цифровые показываю- щие и регистрг)руюшие устройства. Без элементов цифровой техни- ки невозможно организовать ИИС в современном их виде и разнооб- разии, хотя в простейшем варианте и возможно построение ИИС из одних лишь аналоговых приборов.
В дополнение к рассмотренным приборам в ИИС используется ряд специфических блоков, приборов и устройств: коммутаторы (устройства обегания); унифицирующие (нормализуюшне) преобразователи, индивиду- альные и групповые; модуляшюнные преобразователи; преобразователи кодов (из одной системы счисления в другую, иэ па- Раллельной формы представления в последовательную и обратно и др.); блоки формирования и проверки помехозащишенных кодов; устройства обработки информации (коррекции нелинейности, мас- штабирования, обнаружения отклонений от уставок и др.); устройства сигнализации отклонений измеряемых величин ат ус- тавок; устройства буквенно-цифровой регистрации; блоки кодирования времени; экранные пульты (дисплеи); каналы связи, точнее, совокупность технических средств, образую- пщх каналы связи.
253 Е.а. измеРительнАН иНФОРмАция. метОды ее ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ПЕРЕДАЧИ Измерительная информация — зто сообщения о значениях измеряемых величин. Они выражаются и передаются от одних устройств к другим в виде сигналов, образуемых путем модуляции (изменения параметров) какого-либо носителя.
Ограничимся рассмотрением электрических сигналов. Носителями для них могут служить постоянный ток, переменный синусоидальный ток (или напряжение), импульсный ток. Постоянный ток имеет только один параметр — ток (нли напряжение), поэтому модуляция постоянного тока состоит в изменении тока (напряжения). Обычно значение измеряемой величины х меняется во времени и представляет собой некоторую функцию х(г). Как правило, значение напряжения при модулящ1и изменяют по линейному закону в функции х(Г), так что модулированный сигнал вырюхается соотношением (5.1) и (г) = (го + йх(г).
где сГо — значение несущею напряжения до модуляции; я — коэффициент. Частным случаем является изменение напряжении, пропорциональное функции х(г), при котором (Го = О. При модуляции постоянного тока (напряжения) частотный спектр сигнала и„(Г) имеет такую же форму и такой же частотный диапазон, как и спектр исходного сообщения х(г), отличаясь от него только коэффициентом. Коэффициент может иметь различные размерности.
Разумеется, модулированный сигнал их (Г), в отличие от носителя, ие является сигналом постоянного тока. Переменное синусоидальное напряжение ио(г) (г с яп (мог + Фо) (5 2) характеризуется тремя параметрами: амплитудой (~~,, круговой частотой соо и начальной фазой Ио. Формула (5.2) отражает закон изменения носителя сообщений до начала модуляции. Соответственно параметры до модуляции даны с индексами 0 (нуль). Модуляции может подвергаться любой иэ трех параметров, а также два нли три параметра одновременно. Как правило, модулируемый параметр связан со значением измеряемой величины х линейной зависимостью. Следует заметить, что если х меняется во времени, то модулированный сигнал, в отличие от носителя ио (Г), не является синусоидальным.
Амплитудная модуляция заключаетсй в изменении амплитуды по закону и = и о+ йх(г). При этом сигнал описывается выражением и (г) = НУ о + йх (г)) ип ( с г + лс) . (5.3) Коэффициент й выбирается таким образом, чтобы при всех возможных отрицательных значениях х соблюдалась условие П > О. На рис. 5.2 приведены временные диаграммы, иллюстрируюпще процесс амплитудной модуляции: рис. 5.2,а — функция х (г); рис.5.2 6 — носитель ие(г); рис. 5.2,в — модулированный сигюли(г). 0гнбанацая сигнала и(г), показанная пунктиром на диаграмме рис.
5 2,е, повторяет по форме функцию х (г) (диаграмма рис. 5 2, а) . Амплитудный модулятор можно представить в вцле усилителя у с управляемым коэффициентом усиления й.„(рис. 5.3,а). На один вход его подается несущее колебание ие(г) от синусоидального генеРатора, а на другой вход, управляющий коэффициентом усиления,— величина, линейно связанная с сообщением и (г), например сигнал и (г) вила (5Л), образованный модуляцией постоянного напряжения. Восстановить сигнал вида (5.1) из сигнала вида (5.3) можно с помоп1ью амплитудного демодулятора (рис. 5.3,6), представляющего собой сочетание выпрямителя В с фильтром ниасних частот ФНЧ, которьв сглаживает колебания частоты ссс и близких к ней частот, но в ' анч Рис. 5.3 пропускает более медленные колебания, соответствующие спектру частот функции х (т) . Сигнал на выходе пропорционален и„(г) .
Возникает вопрос: зачем нужно применять модуляцию синусоццального колебания и последующую демодуляцию, если гораздо праде представлять сообщения путем модуляции постоянного напряжения1 Ответ заключается в том, что модуляция синусоидального колебания позволяет перенести спектр частот сигнала в требуемую область. А это бывает необходимо в ряде случаев: а) когда данная проводная линия используется для одновременной передачи нескольких сообщений вида х(т) от разных источников, п1жчем эти сообщения имеют взаимно перекрывающиеся частотные спектры; при этом модуляция несущих колебаний, имеющих разные значения частоты оэе, позволяет разнести спектры сигналов; б) когда в линии или в устройствах, через которые передается сообщение, диапазон частот, соответствувхцих спектру функции х(г), занят сильными помехами, а в области более высоких частот помехи слабее; в) когда среда, используемая для передачи сообщений, физически не может переносить сигналы низких частот, соответствующих спектру функции х(г), но переносит сигналы более высоких частот; зто характерно для радиоканалов, Изменение спектра сигнала при амплитудной модуляции удобно рассмотреть па простейшем примере, когда сообщение представляет собой одночастотный сигнал, т.
е. синусоиду х(г) = Х япйг. Примем значение коэффициента 1г в (5.3) таким, что 1гХщ = 6" а значение начальной фазы де = О. Тогда модулированный снгнач и (г) = ЕУ (1 + япйг) ап шег = ЕУ (апссег + + (112) соа (шо — й) г — (1/2) сов (с о + й) г) . Полученное выражение показывает, что модулированный сигнал представляет собой алгебраическую сумму трех гармоник. Следова- а) 0 52 ео п Осо ОО ОООО Осо+бОО б' Рис. 5.4 Ряс. 5.5 тельно, спектр его содержит составляющие с тремя частотами.
Это линейчатый спектр. На рис. 5.4,а показаны графические изображения спектров функции х(г), на рис. 5.4,6 — несущего колебания ио(г) и на рис. 5.4,в -- модулированного сигнала и(г). Модуляция приводит к тому, что наряду с основной гармоникой частоты ще образуются две симметричные боковые гармоники на частотах, отстоопцих на ь2 влево и вправо от оое. Если х (Г) ~представляет собой несинусоидальную, но периодическую функцию со спектральными составляющими на частотах П, 2й, 312 и т. д., то модулированный сигнал будет иметь спектр, содержап1ий помимо основной гармоники на частоте оое два симметричных участка, вэ которых один как бы образован переносом спектра функции х(Г) вправо по оси частот иа расстояние оое, а второй представляет собой зеркальное отображение первого влево от осе по оси частот (рис.
5,5). При этом переносе все составляющие спектра х (г) умножаются на один коэффициент, так что форма огибающей сохраняется. Если х(г) представляет собой непериодическую функцию, то ее спектр„определяемый интегральным преобразованием Фурье, представляет собой непрерывную функцию частоты с ординатами, имеющими размерность единицы х, разделенной на герц. При этом спектр модулированного колебания также содерхап помимо составляющей на частоте ооо две боковые полосы по сторонам от оое, симметрично отображающие форму спектра х (г).
Таким образом, если спектр х(г) занимает диапазон частот от 0 до некоторой граничной частоты Огщ то спектр модулированного сигнала будет занимать диапазон частот удвоенной шиРины от щ,1 — юг До оое+ 12,„. огастотная и фазовая модулиции приводят к гораздо более сложным преобразованиям спектров, но при этом сохраняется главная особен- 257 э — 601б ность, которая и определяет их применение: спектр переносится в область более высоких частот.
Рассмотрим процесс частотной модуляции. Сущность его состоит в изменении частоты по линейному закону в функции х. Частота становится при зтом функцией времени: ш(г) = соо + кх(г). (5.4) Когда частота переменив, простая замена соо в (5.2) на ш(г) недопустима. Справедливо более общее выражение и(г) = Оюояп(р(г) 3, где В (г) — мгновенное значение фазы р() =) () . Только в частном случае, когда частота постоянна и равна шо, е = шот + Фо. С учетом (5.4) и (5.6) выражение (5.5) приводится к виду и(г) = П ваш ! о г+ й)х(г)а + ро1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
