Interfaces (527015), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Количество независимых экранов должно быть равно числу измеряемых сигналов. Каждая сигнальная линия должна иметь свой собственный экран. Экраны разных линий не должны контактировать друг сдругом, если только они не используют общий опорный потенциал (сигнальную «землю»). В этом случаевсе соединения выполняют отдельными проводами, подсоединенными к каждому экрану только в однойточке.5.
Если датчик размещен в экранированном корпусе, а данные передаются через экранированныекабели (рис. 2.25, б), их экранировка должна быть подсоединена к корпусу. Для этого часто внутри экрана используют отдельный проводник с опорным потенциалом («сигнальной землей»).6. Экран следует заземлять только в одной точке, желательно рядом с датчиком. Экранированныйкабель нельзя заземлять с двух сторон (рис.
2.25, в), поскольку разность потенциалов между двумяточками заземления U ш может привести к возникновению тока в экране I п , который благодаря магнитной связи может индуцировать паразитное напряжение на центральный проводник.7. Не следует подавать на экран потенциал, отличный от опорного, т.к. напряжение с экрана передается на центральный проводник через емкость кабеля.8. При одновременной передаче аналоговых и цифровых сигналов для уменьшения индуктивностиподсоединение экрана к земле необходимо вести короткими проводами.2.2.
Экранирование от магнитных полейПомехи от магнитных полей, в отличие от электростатических и электрических гораздо труднееподдаются экранированию, т.к. они проникают внутрь проводящих материалов. Обычный экран, размещенный вокруг проводника и заземленный на одном конце, очень слабо защищает проводник отнаведенных магнитными полями напряжений. Когда магнитное поле индукции B проникает внутрьэкрана, его амплитуда падает экспоненциально (рис. 2.26). Глубину проникновения поля внутрь экрана (скин-слой) определяют как толщину слоя, в котором происходит ослабление магнитного поля на37 % по сравнению с его величиной в воздухе. На высоких частотах толщина скин-слоя практическиодинакова для разных металлов, в то время как на низких для построения экранов предпочтительнееприменять сталь (см.
табл. 2.11). На высоких частотах также часто используют магнитные экраны изтолстой стали.BB00,37B0hРис. 2.26. Зависимость защитных свойств магнитного экрана отего толщины hТаблица 2.11Зависимость толщины скин-слоя от частоты сигналаЧастота60 Гц100 Гц1кГц10 кГц100 кГц1 МГцМедь8,56,62,10,660,20,08Алюминий10,98,52,70,840,30,08Сталь0,860,660,200,080,020,008При защите от магнитных помех необходимо соблюдать следующие требования:1. Приемные устройства надо располагать, как можно, дальше от источников магнитных полей.2.
Провода следует располагать перпендикулярно силовым линиям магнитного поля для уменьше-ния площади контура, в котором наводится ток. С этой же целью целесообразно применениескрученных (витых) пар проводов или проводников, близко прилегающих друг к другу.3. Витые пары также следует использовать при передаче токов значительной величины. Действительно, если в двух проводах токи равны, но противоположно направлены, их общее магнитное поле будет нулевым. При этом, ток не должен попадать на линии заземления (в противномслучае, могут образоваться паразитные контуры заземления).4. Необходимо использовать экран из материала, соответствующего рабочей частоте и величинемагнитного поля.5.
Для борьбы с магнитными помехами можно использовать экранированные провода. В этомслучае по экрану допускается протекание обратного тока (рис. 2.26), в результате чего суммарное магнитное поле будет равно нулю. (Отметим, что здесь не действует рассмотренноеранее правило защиты от электростатических наводок). Такой способ экранирования используют при подключении силовых устройств, например, электроприводов.ДвигательДатчикРис. 2.26. Соединение датчика с двигателем с помощью коаксиальногокабеля для уменьшения магнитных помехИз всего вышесказанного видно, что бороться с магнитными наводками гораздо сложнее, чем спомехами от электрических полей.Итак, мы рассмотрели основные элементы и принципы построения информационных устройств дляробототехнических и мехатронных систем.
Использование соответствующих ЧЭ, измерительных схем иусилителей, а также грамотная организация каналов передачи сигналов позволяет строить эффективныедатчики, для систем автоматики, станков, а также средств измерения и неразрушающего контроля.3. Понятия о дискретизации и квантовании сигналовСоздание микропроцессора, а затем и персонального компьютера фирмой IBM в 80-х годах 20 векапривело к развитию аппаратно-программных средств обработки результатов измерений. В настоящеевремя промышленно выпускают устройства для сбора данных, подключаемые к шине компьютера илистандартным устройствам ввода-вывода, оснащенные комплексным программным обеспечением длясбора, обработки и отображения получаемой информации.
Такие устройства получили названия «интеллектуальных». Наряду с ними стали появляться и «интеллектуальные» датчики, содержащие в своем составе встроенные микропроцессоры, обрабатывающие данные непосредственно в самом датчике. Болеетого, в программном обеспечении таких датчиков все чаще использует методы и средства искусственного интеллекта.На первым шаге в любом интеллектуальном датчике выполняется процедура аналого-цифрового преобразования, в соответствии с которой аналоговый сигнал с одного или нескольких ЧЭ дискретизируется по времени и квантуется по амплитуде.Под дискретизацией понимают представление непрерывного аналогового сигнала последовательностью его значений, взятых через определенный промежуток времени — период дискретизации Tд . Дискретизация реализует преобразование изменяющегося во времени сигнала y (t ) в решетчатую функциюy[ kTд ], где k — целое число.
Функция преобразования при дискретизации имеет видy (t ) y[ kTд ]Частоту дискретизации f д 1/ Tд выбирают исходя из требования, чтобы обработка и вывод информации проводились в моменты времени между получением ближайших отсчетов данных. Системы, удовлетворяющие этому требованию, получили название систем реального времени, т.к. они не требуют накопления измеряемой информации для последующей обработки.Квантование представляет собой замену текущего значения амплитуды выходного аналогового сигнала y (t ) датчика ближайшим по величине фиксированным значением из соответствующего уровняквантования. Уровни квантования делят весь диапазон возможного изменения значения сигнала y (t ) наконечное число интервалов — шагов квантования. Чаще всего при квантовании происходит представление абсолютного значения функции y (t ) в данный момент времени t0 в двоичном виде. Функция преобразования в этом случае описывается зависимостьюyt0 (n) 2n y,где n — разрядность АЦП; y ymin — разрешающая способность АЦП, соответствующая минимальному уровню сигнала.Эффективным средством обработки информации при измерениях являются микропроцессоры цифровой обработки сигналов, реализующие функции цифровой фильтрации, преобразования Фурье и др.Рассмотрим процесс дискретизации некоторого сигнала y (t ) .
Для конкретности допустим, чтофункция y (t ) — гармоническая (сплошная линия на рис. 2.27). Очевидно, что чем выше частота дискретизации, тем точнее дискретные значения функции (точки на рис. 2.27) будут соответствовать исходному сигналу. Если f д мала, по сравнению с частотой сигнала fc , то восстановленный сигнал будетзначительно отличаться от исходного (пунктир на рис. 2.27, б). Для безошибочного восстановления дискретного сигнала необходимо выполнение условияf д 2 fc .ytабвРис.
2.27. Оцифровка и восстановление аналогового сигнала:а — fд = fс; б — fд = 7 4 fс; в — fд = 10 4 fс = 2 ,5 fс..Это условие доказывается теоремой Котельникова1, в соответствии с которой аналоговый сигнал сограниченным спектром частот может быть точно описан дискретной последовательностью значенийего амплитуды, если эти значения следуют с частотой минимум вдвое превышающей наивысшую частоту спектра.Дискретизация аналогового сигнала представляет собой частный случай амплитудно-импульсной модуляции.Особенностью амплитудной модуляции является возникновение дополнительных частот (боковых полос) в спектреамплитудно-модулированного сигнала. В спектре цифрового (импульсного) сигнала появляется спектр высших1Теорема доказана в 1933 г.
советским инженером В. А. Котельниковым. В зарубежной литературе она известна и как теорема Шеннона и как теорема Найквиста, которые были сформулированы в 40-х годах 20 века.гармоник, расположенных вокруг гармоник частоты дискретизации (рис.
2.28). Поэтому в спектре импульсногосигнала вокруг частот, кратных fд появляются по две зеркальных копии спектра исходного аналогового сигнала.Для устранения одного из зеркальных отражений спектра используют фильтр низких частот с частотой среза, равной половине частоты дискретизации (так называемые «anti-aliasing фильтры»). Кроме того, частоту дискретизации искусственно завышают, так чтобы fд было заведомо больше 2 fcmax . Высокоточные системы дискретизациииспользуют частоты дискретизации порядка 6 fc.maxy-3fд-2fд-fд-fс max 0 fс maxf, Гцfд2fд3fдРис.
2.28. Частотный спектр идеально дискретизированной функцииТеперь рассмотрим процесс квантования сигнала. Наиболее распространено линейное или однородное квантование, когда шаг квантования линейно зависит от амплитуды входного сигнала. Устройство,выполняющее эту процедуру, получило название линейного квантователя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
