8.1. Принцип действия цифровых измерительных приборов.
8.2. Квантование и дискретизация физических величин.
8.3. Методы преобразования непрерывных величин в код.
8.1. Принцип действия цифровых измерительных приборов
Принцип действия цифровых измерительных приборов основан на дискретном представлении непрерывных величин с помощью аналого-цифрового преобразователя.
Аналого-цифровое преобразование в цифровом измерительном приборе основано на выполнении трех операций: дискретизации, квантовании и цифрового кодирования измеряемой величины. Указанные операции дискретизации, квантовании и цифрового кодирования будут рассмотрены ниже.
Принцип действия цифрового измерительного прибора можно пояснить, рассматривая его обобщенную функциональную схему, которая изображена на рис. 8.1.
Рис. 8.1. Обобщенная функциональная схема цифрового измерительного прибора
Из рис. 8.1 следует, что измеряемая величина х подается на входное устройство, которое предназначено для выделения входной величины х из помех и для ее масштабного преобразования. Аналого-цифровой преобразователь преобразует величину у в код N, который подается на цифровое отсчетное устройство, где индицируется в виде ряда цифр. Цифровые коды могут выводиться и во внешние устройства, например, в компьютер для дальнейшей обработки или хранения. Управляет работой цифрового измерительного прибора устройство управления путем выработки и подачи определенной последовательности командных сигналов во все функциональные узлы и блоки прибора.
Центральное место в рассмотренной функциональной схеме (рис. 8.1) занимает аналого-цифровой преобразователь, его рассмотрению уделим дальнейшее внимание.
8.2. Квантование и дискретизация физических величин
Как упоминалось выше назначение аналого-цифрового преобразователя состоит в выполнении трех последующих операций:
1. Дискретизация – процесс представления непрерывной во времени величины рядом мгновенных ее значений, взятых в заданные, строго фиксированные, моменты времени, которые называются моментами дискретизации. Интервал Δt между ближайшими моментами дискретизации называют шагом дискретизации. При дискретизации переменной во времени измеряемой физической величины, которую функционально связывает сигнал измерительной информации, то часть информации об измеряемом сигнале теряется. Это приводит к методической погрешности измерения, называемой погрешностью дискретизации.
Погрешность дискретизации будет тем меньше, чем больше будет число мгновенных значений сигнала. Минимальное число мгновенных сигналов, при котором не теряется информация о его изменении, определяют теоремой Котельникова.
2. Квантование – процесс представления непрерывной по значению величины х конечным числом х1, х2, …, хп фиксированных, равномерно расположенных уровней квантования, определяющих число возможных значений (отсчетов) этой величины х. Разность Δх между двумя детерминированными значениями называют шагом квантования (интервалом, ступенью, квантом или дискретностью квантования). Чем меньше шаг квантования Δх, тем меньше погрешность от замены действительного значения квантованным.
Округление результата измерения к ближайшему фиксированному значению имеет случайный характер, который подчиняется нормальному закону распределения, и является методической погрешностью квантования или дискретности.
3. Цифровое кодирование – условное представление численного значения измеряемой величины определенным цифровым кодом, представляющим последовательность цифр (сигналов) в соответствии с принятой системой счисления.
Как упоминалось выше принцип работы цифровых измерительных приборов основан на дискретном представлении непрерывных величин.
Непрерывная величина х(t) характеризуется тем, что в заданном диапазоне Д может иметь бесконечно большое число значений в интервале времени Т, в течении которого может иметь бесконечно большое число моментов времени, что проиллюстрировано на рис. 8.2.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.